Будущее глазного протезирования

«Пока что не трогай это, - раздается голос за экраном. – Как насчет того, что справа?»

«Похоже, что этот немного изогнут, вот так, - говорит Тетхо, проводя рукой в воздухе. – Вообще-то я думаю, что это банан».

Гром аплодисментов разрушает тишину в комнате. «Ну, это похоже на банан», - повторяет мужчина. Он только что увидел и взял фрукт, а ведь еще месяц назад он был полностью слеп.

На 46-летнем Тетхо из Финляндии был надет ретинальный протез, сконструированный немецкой компанией Retina Implant AG. Его результаты оказались одними из лучших в испытаниях, после которых эти бионические глаза приобрели популярность. В начале этого года «Argus II» - аналогичный имплантат, производимый американской компанией SecondSight, получил одобрение Американского управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.

Принцип работы этих имплантатов состоит в имитации клеток-фоторецепторов, находящихся в сетчатке глаза. Во многих случаях слепоты эти светочувствительные клетки перестают работать, но нервы в сетчатке, через которые сигнал передается мозгу, остаются невредимыми. Имплантаты берут на себя роль этих клеток, воспринимая свет и стимулируя нервные клетки.

Имплантат чаще всего располагают не внутри глазного яблока, а на стенке его задней части, что приводит к минимальным рискам во время операции. На голове пациента размещается камера, которая передает визуальную информацию имплантату, а каждый пиксель массива реагирует путем стимулирования близлежащих нервных клеток. Пациенты, снабженные устройствами, перестают видеть белые точки и проблески – это фактически то, что люди видят после того, как потрут глаза. Эти проблески принимают отчетливую форму – то, что Тетхо определил, как изогнутость банана.

«В общем-то не совсем правильно называть этот процесс “видением”, - говорит Константин Николич, исследователь с факультета электронной и электрической техники Имперского колледжа в Лондоне, который изучает ретинальные протезы. – То, что было достигнуто – это, конечно, фантастика, но нужно честно признаться, что это ненастоящее зрение».

Николич приводит в пример клинические испытания, проведенные в 2012 г., для которых пациентов снабдили имплантатами и проверили на способность различить белый квадрат на черном фоне. 96% испытуемых лучше определяли местоположение квадрата при включенном имплантате, чем при выключенном. А когда тех же самых людей попросили сказать, как белая линия проходит по черному фону, только 57% показали хоть какое-то заметное улучшение. Такой чувствительности достаточно для того, чтобы дать слепым людям возможность написать свое имя и разглядеть бордюр во время прогулки. Однако Николич не собирается останавливаться на достигнутом. Он вошел в состав небольшой группы ученых, желающих сконструировать протез, который смог бы восстановить зрение более приближенное к реальному. Наконец-то ситуация стала выглядеть обнадеживающе, но на этом пути ученых ждут многочисленные трудности.

С одной стороны, когда свет попадает на светочувствительные клетки, запускается очень сложный процесс, трансформирующий этот свет в сигнал. Ведь глаз – это не цифровая камера, где пиксели просто регистрируют свет, попадающий на них. По крайней мере три типа клеток видоизменяют сигналы перед тем, как они будут отправлены в мозг для формирования картинки. У этих клеток нет линейных связей между собой, но они рассредоточиваются в замысловатые узоры, которые не так-то легко понять.

К тому же клетки-фоторецепторы в центральной части сетчатки сидят так плотно, что даже самые продвинутые искусственные сетчатки не смогут соответствовать их разрешению. Один пиксель в электрическом имплантате смог бы прикрыть сотни нервных клеток. Это означает, что один единственный пиксель смог бы активировать множество нейронных путей, что привело бы к формированию расплывчатой картинки.

Есть еще одна причина того, почему картинки не такие четкие, как в реальной жизни. Большая часть систем расположена в стенке задней части глазного яблока, визуальная информация в таком случае должна отправляться на имплантат, используя беспроводные сигналы. Но в то же время электрическое питание должно излучаться в массив. Эти два электрических поля могут сталкиваться друг с другом, приводя к запутыванию передачи информации.

Как инженер, Николич сосредоточился на решении этих практических проблем, но позже его увлекла мысль о полном восстановлении зрения.

Мысль эта возникла в 2003 г., когда Георг Нагель из немецкого Института биофизики им. Макса Планка обнаружил новый протеин в зеленой водоросли. Этот протеин, получивший название канальный родопсин-2 (ChR2), позволяет заряженным частицам проникать в клетки водорослей, но только если они выставлены на свет. Это открытие создало огромное воодушевление, поскольку оно очень сходно с тем явлением, когда свет заставляет фоторецепторы отправлять химические сигналы к нашим нервным клеткам.

«У нас в глазах есть клетки-фоторецепторы, которые восприимчивы к свету, а также ионные каналы, которые обособлены, - объясняет Николич. – Но с ChR2 чувствительный элемент фоторецептора и ионный канал объединены в одном месте».

В 2005 г. Нагель вместе с коллегами из Стэндфордского Университета показал, что в нервные клетки возможно вставить ChR2. Когда свет попал на клетки, они пустили нервные сигналы, и реакция в ответ была точна до тысячной доли секунды. Сейчас ученые надеются, что эта технология, известная как оптогенетика, сможет преодолеть все трудности в протезировании глаза и даровать реалистичное зрение. Основная идея состоит в том, чтобы с помощью инъекции передать гены в ретинальный нерв и сделать нервы сами по себе реагирующими на свет.

Парижская компания GenSight, возглавляемая коллегой Николича Ботандом Роской, в настоящее время экспериментирует с этим процессом. Трудность состоит в том, чтобы гарантировать, что ген передастся только тем клеткам, которые в нем нуждаются, и убедиться, что он там и остался.

Для слепых людей как Миикке Тетхо это станет воодушевляющей перспективой. Существующие модели протезов предоставляют слепым людям шанс различить силуэт бордюра на дороге. Но если обещания оптогенетики оправдаются, то одна единственная инъекция смогла бы стать необратимым концом для многих типов слепоты. И тогда мир белых проблесков перестанет существовать, а слепые люди смогут видеть окружающий мир в цвете.