5 Minutės
Regėjimo praradimo priežastys ir sprendimų paieškos
Milijonai žmonių visame pasaulyje susiduria su regėjimo praradimu ar aklumu dėl tinklainės fotoreceptorių ląstelių pažeidimo. Šios specializuotos ląstelės, jautrios matomai šviesai, atlieka esminį vaidmenį paversdamos šviesos signalus elektriniais impulsais, kurie per regos nervą perduodami į smegenis ir suteikia mums gebėjimą matyti. Kai dėl genetinių ligų, traumų ar kitų sveikatos būklių šios fotoreceptorių ląstelės prarandamos, dažnai išsivysto sunkus regos sutrikimas arba aklumas. Dėl to pažangių tinklainės protezų kūrimas išlieka viena pagrindinių regėjimo atkūrimo tyrėjų kryptimis visame pasaulyje.
Naujos kartos tinklainės implantai: proveržis tradicinių technologijų srityje
Pastarieji Fudan universiteto (Kinija) mokslininkų tyrimai pažymi reikšmingą progresą regėjimo atkūrimo srityje. Tyrėjų komanda sukūrė inovatyvius tinklainės implantus, ne tik pakeičiančius pažeistas fotoreceptorių ląsteles, bet ir suteikiančius bandymų gyvūnams – pelėms ir makakoms – gebėjimą matyti infraraudonuosius spindulius, taip praplečiant gamtinį regėjimo spektrą. Šis pasiekimas žymi ženklų pranašumą prieš ankstesnius tinklainės protezus, kuriuos ribojo gremėzdiška išorinė įranga ir ribotos funkcijos.
Ankstesnių tinklainės protezų ribotumai
Tradiciniai tinklainės implantai dažnai naudojo elektrodų matricas, imituojančias prarastų fotoreceptorių funkciją, stimuliuojant išlikusias tinklainės nervines ląsteles. Tokiems implantams buvo būtini išoriniai akiniai su kamera, fiksuojančia ir perduodančia vizualinę informaciją į implantą. Nors tai suteikdavo dalinį regos atkūrimą, sistemos buvo nepatogios, reikalavo išorinio energijos šaltinio, pasižymėjo nedidele raiška bei reikalavo sudėtingų chirurginių procedūrų. Dėl šių apribojimų daugelis prietaisų galiausiai buvo išimti iš klinikinės praktikos.
Fotovoltinio metodo inovacijos
Siekdami sukurti veiksmingesnį ir integruotesnį regos atkūrimo sprendimą, Fudan universitetas atliko nemažai medžiagų simuliacijų ir analizės. Jų tikslas buvo surasti medžiagą, galinčią sukurti elektros srovę reaguojant į platų šviesos spektrą – be išorinio energijos šaltinio poreikio. Galiausiai pasirinktas telūras – retas elementas, pasižymintis tiek metalinėmis, tiek nemetalinėmis savybėmis. Iš telūro nanovielų buvo pagamintas smulkus tinklas, naudojamas eksperimentiniuose implantuose. Šis fotovoltinis metodas leidžia implantui paversti tiek matomą, tiek infraraudonąją šviesą tiesiogiai į nervinius signalus.
Eksperimentiniai pasiekimai: regos atkūrimas ir praplėtimas gyvūnų modeliuose
Pirmiausia tyrėjai testavo telūro nanovielų tinklelį pelių, kurioms dėl genetinių pokyčių regos praradimas išsivysto dar ankstyvame amžiuje, tinklainėje. Implantai buvo tiksliai įterpti tarp jau prarastų fotoreceptorių sluoksnio ir tinklainės pigmentinio epitelio – optimalioje vietoje nerviniam sujungimui. Ilgalaikiai biokompatabilumo tyrimai parodė, kad implantai nesukelia reikšmingos imuninės reakcijos ar audinių atmetimo.
Elgsenos testai ir atkurtos regos įrodymai
Norėdami įvertinti regos atkūrimo sėkmę, mokslininkai pelėms taikė įvairius regos testus. Pradiniai refleksų stebėjimai, tokie kaip vyzdžio siaurėjimo reakcija į šviesą, atskleidė teigiamus rezultatus: aklos implantais aprūpintos pelės reagavo panašiai kaip sveikos kontrolinės. Sudėtingesniuose užduotyse pelės buvo treniruojamos ieškoti vandens apšviestoje aplinkoje, kai pasikeičia šviesos sąlygos. Implantą turinčios pelės užduotis įvykdė daugiau nei 85% atvejų, beveik prilygdamos sveikų, neimplantuotų pelių (98% sėkmės) rezultatams, o aklos, neapdorotos pelės demonstravo gerokai prastesnius rezultatus.
Infraraudonųjų spindulių matymas – naujos regos ribos
Vienas įspūdingiausių tyrimo rezultatų – implantą gavusios pelės gebėjimas reaguoti į infraraudonąją šviesą, kurios natūraliai nemato nei žmonės, nei sveikos pelės. Atlikus regos užduotis infraraudonųjų spindulių apšvietime, kontrolinių grupių rezultatai buvo atsitiktiniai, o implantais aprūpintos pelės tiksliai nustatė šviesos šaltinių vietą ir atskyrė skirtingas geometrines figūras, liudydamos apie tikrą, funkcinį regėjimą už matomo spektro ribų.
Primatų tyrimai ir galimas pritaikymas žmonėms
Pereidami prie artimesnių žmogui modelių, mokslininkai testavo telūro tinklelį sveikoms makakoms, kurių regos sistema labai panaši į žmogaus. Makakos sėkmingai užfiksavo infraraudonąją šviesą, neprarasdamos natūralaus regėjimo aštrumo – tai žada daug potencialo būsimam klinikiniam pritaikymui regėjimo atkūrimo srityje.
Pagrindiniai iššūkiai: jautrumas, adaptacija ir chirurginė rizika
Nors rezultatai įkvepia, susiduriama su iššūkiais. Fudan universiteto tyrėjų duomenimis, telūro nanovielų tinklo jautrumas vis dar žemesnis nei natūralių fotoreceptorių, todėl atkuriamos regos kokybė ribota. Sudėtinga ir objektyviai įvertinti subjektyvius regėjimo pojūčius gyvūnų modeliuose: elgsenos užduotys byloja apie vizualinę funkciją, tačiau patirties kokybė lieka neaiški.
Be to, implantus gavusioms pelėms reikėjo adaptacijos laikotarpio, kol jos išmoko interpretuoti naujo prietaiso signalus – ši patirtis atitinka ir ankstesnių kartų tinklainės implantų naudotojų patirtį. Vizualinio atpažinimo užduotims daugiausia buvo naudojamos lazerinės projekcijos, todėl vis dar neaišku, kaip implantai veiktų kasdienio apšvietimo sąlygomis.
Chirurginės implantacijos rizika
Pati tinklainės implanto įdiegimo procedūra taip pat kelia tam tikrų pavojų. Telūro tinklo įterpimas reikalauja lokalizuoto tinklainės atskyrimo ir mažų pjūvių – ypač jautrių ar pažeistų akių atveju tai gali sukelti randėjimą ar fibrozinę reakciją. Ispanų bioinžinierius Eduardo Fernández savo komentare pabrėžė šias galimas komplikacijas, tačiau kartu apibūdino Fudan universiteto pasiekimą kaip „perspektyvią kryptį“ bioninių regos technologijų srityje. Tolimesniuose tyrimuose daug dėmesio skiriama ilgalaikio saugumo vertinimui primatų modeliuose bei implanto sąsajos su tinklainės audiniais optimizavimui.
Ateities perspektyvos: bioninė ir išplėstoji rega
Pažangių medžiagų, tokių kaip telūro nanovielos, integravimas į tinklainės implantus gali iš pagrindų pakeisti aklumo ir regos sutrikimų gydymo paradigmas. Naudojant fotovoltinį efektą, ateityje tokie implantai gali ne tik atkurti regėjimą pacientams, sergantiems degeneracinėmis tinklainės ligomis, bet ir suteikti papildomas – pavyzdžiui, infraraudonųjų spindulių matymo – galimybes, kurios iki šiol žmogui buvo neprieinamos. Nors iki visiškai funkcionalių, medicininio lygio įrenginių dar laukia nemažai darbo, nuolat atliekami tyrimai leidžia tikėtis, kad pagrindiniai iššūkiai – jautrumas, chirurginis saugumas ir sensorinė adaptacija – bus įveikti.
Išvada
Fudan universiteto inovatyvūs tinklainės implantų tyrimai ženkliai prisideda prie regos atkūrimo technologijų pažangos. Sėkmingai atkūrę bazinį matymą ir išplėtę galimybes iki infraraudonųjų spindulių suvokimo tiek akliems, tiek matantiems gyvūnų modeliams, mokslininkai pademonstravo ateities bioninių regos sistemų potencialą. Nors vis dar išlieka jautrumo ir chirurginių rizikų klausimai, nuolatinė pažanga artina laiką, kai pažangūs tinklainės implantai leis atgauti regėjimą ir praplėsti sensorines savybes žmonėms visame pasaulyje.
Komentarai