Бионический глаз способен вернуть зрение слепым. ВИДЕО

Бионический глаз способен вернуть зрение слепым. ВИДЕО

Бионический глазной протез The Argus II Retinal Prosthesis System был создан командой ученых и инженеров под руководством компании Second Sight Medical Products. Недавно устройство получило одобрение американского Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (Food and Drug Administration, FDA).

В последнем номере British Journal of Ophthalmology были опубликованы результаты исследований, согласно которым устройство показывает невиданную ранее эффективность. В ходе эксперимента Argus II установили 21 слепому пациенту, которые затем пытались увидеть буквы, предметы и людей. Порядка 75% слепых пациентов, получивших эти бионические глаза, смогли правильно идентифицировать отдельные буквы. Более половины пациентов верно прочитали слова из 4 букв.

The Argus II Retinal Prosthesis System использует встроенные камеру и компьютер, чтобы конвертировать изображения в электронные сигналы, распознаваемые человеческим мозгом. В основе устройства лежит крошечный, но мощный компьютерный чип, который, в случае его имплантации в сетчатку глаза, эффективно обходит поврежденные фоторецепторы, чтобы «обмануть» глаз в его возможности видеть.

Argus II оснащен миниатюрной видеокамерой, установленной в очки, изображение с которой отправляется на микропроцессор, встроенный в пояс пользователя. Микропроцессор без каких-либо проводов передает уже электронные сигналы на компьютерный чип, состоящий из 60 элементов. Этот чип стимулирует нервные окончания сетчатки электронными импульсами, которые затем поступают в головной мозг с помощью зрительного нерва. В итоге, мозг преобразует эти сигналы в готовое изображение.

Бионический глазной протез The Argus II Retinal Prosthesis System

Пациенты, которым имплантировали бионический глазной протез, могут видеть увеличенные буквы алфавита, распознавать объекты и их движения, видеть контуры и некоторые детали человеческих лиц. Получаемая картинка далека от совершенства, однако для людей, которые уже длительное время вообще не могут видеть, это устройство стало спасением. Первым пациентом, получившим глазной имплантат во время исследований, был 70-летний мужчина, который ослеп в возрасте 20 лет от пигментного ретинита. В ходе испытаний он впервые за последние полвека увидел свет.

Демонстрация работы бионического протеза

Сейчас один из создателей «искусственного глаза», профессор биоинженерии Вентай Лью (Wentai Liu), и группа недавно окончивших Калифорнийский университет инженеров тестируют 2 новых прототипа бионического глаза, в которых количество элементов в микросхеме достигает 256 и 1026 штук, вместо 60 в текущей версии. Это позволит значительно увеличить разрешение получаемого человеком изображения. В скором времени Вентай Лью также планирует добавить в искусственный глаз возможность распознавать цвета, а миниатюрную камеру встроить прямо в глазной имплантат, а не очки.

Репрограммирование вернуло остроту зрения пожилым и травмированным мышам

Поврежденные глаукомой нейроны сетчатки впервые заставили регенерировать. Этого результата добились американские биологи с помощью технологии частичного репрограммирования: они ввели в глаза мышей вирусные векторы с генами факторов Яманаки, которые не перевели нейроны в зародышевое состояние, но восстановили их работоспособность. То же самое удалось провернуть и со стареющими животными — факторы Яманаки вернули им прежнюю остроту зрения. Это исследование опубликовано в журнале Nature. Судя по всему, за омолаживающий эффект здесь отвечает деметилирование: под действием факторов Яманаки в клетках восстанавливается «молодой» набор эпигенетических меток на ДНК. А вот каким образом клетка «помнит» о том, какой набор меток соответствует ее молодости — пока совершенно неясно.

Один из способов отличить старые клетки от молодых — посмотреть на набор эпигенетических маркеров, то есть метильных меток на ДНК и гистоновых белках, на которые эта ДНК накручена. С течением времени одни гены приобретают эти метки, а другие теряют. Таким образом в клетке меняется комплект генов, которые доступны для считывания информации, и из-за этого стареющая клетка теряет разные свойства, присущие молодой — например, способность делиться, превращаться в другие клеточные типы или избавляться от молекулярного мусора. Поэтому набор меток на ДНК — так называемые «эпигенетические часы» — можно использовать, чтобы измерить биологический возраст человека.

До сих пор нет работающих методов его снижения (если не считать одного случая, когда участники клинического испытания, нацеленного на восстановление функции тимуса, за год исследования стали на два года моложе эпигенетически), зато можно «обнулить» эпигенетический возраст для отдельных клеток. Этого можно добиться с помощью технологии репрограммирования, за которую в 2012 получил Нобелевскую премию Синъя Яманака. Суть ее в том, что в клетки вводят четыре фактора транскрипции (факторы Яманаки), которые превращают их из дифференцированных в стволовые, аналогичные клеткам на ранних стадиях эмбриогенеза — и эпигенетический возраст тоже начинает соответствовать зародышевому состоянию.

Применить эту технологию к целому организму гораздо сложнее. Во-первых, для того, чтобы омолодить организм, не нужно превращать его клетки в зародышевые. Это было бы даже вредно — из них могут вырасти опухоли, а свои функции они при этом выполнять перестанут. Эту проблему могло бы решить частичное репрограммирование — например, когда факторы транскрипции вводят в клетки на короткое время.

Вторая трудность состоит в том, чтобы подействовать на все клетки организма одновременно. Этого результата удалось добиться на преждевременно стареющих мышах, которым с помощью репрограммирования продлили жизнь на 30 процентов. Но для этого мышей пришлось генетически модифицировать — то есть встроить гены факторов Яманаки в геном мышей, чтобы можно было запускать их работу по сигналу извне.

С людьми эта технология едва ли сработает — по крайней мере, пока генетически их модифицировать запрещено. Поэтому группа ученых из Гарвардской медицинской школы, в состав которой вошли известные биологи Вадим Гладышев (Vadim Gladyshev) и Джордж Черч (George Church), геронтолог Дэвид Синклер (David Sinclair) и разработчики эпигенетических часов Морган Левин (Morgan Levine) и Стив Хорват (Steve Horvath), решила попробовать другую методику.

Исследователи создали аденовирусный вектор, который должен был доставить в клетки мышей гены трех факторов Яманаки (четвертый, как наиболее онкогенный, было решено исключить). Это позволяет не модифицировать организм целиком, а ввести гены в отдельные исследуемые клетки. При этом все три гена находились под контролем промотора, который запускается только под действием препарата доксициклина. Таким образом авторы работы получили возможность запускать и тормозить работу факторов Яманаки извне — просто добавляя животным доксициклин в питьевую воду.

Для начала исследователи проверили, что эта методика безопасна: они вводили свой вектор и молодым (5 месяцев) и пожилым (20 месяцев) мышам и время от времени активировали работу факторов Яманаки, но не заметили отличий от контрольных животных ни в состоянии здоровья, ни в количестве опухолей.

Затем авторы работы решили протестировать свою методику омоложения клеток на ганглионарных клетках сетчатки. Это нейроны, по отросткам которых нервные импульсы от глаза поступают в мозг. Они примечательны тем, что способны регенерировать и отращивать новые аксоны у зародышей и новорожденных, но теряют это свойство с возрастом — и поэтому повреждение зрительного нерва, например, при глаукоме необратимо.

Мышам сначала впрыскивали внутрь глаза вирусные векторы и запускали работу факторов Яманаки доксициклином, потом повреждали зрительный нерв, а затем вводили красители, которые помечали растущие аксоны. Оказалось, что под действием факторов Яманаки количество регенерирующих аксонов увеличивается почти в 5 раз — но только тогда, когда вектор содержал все три фактора. По одиночке они оказывали гораздо более слабый эффект. Причем запустить регенерацию удалось как у молодых (1 и 3 месяца), так и у пожилых (12 месяцев) мышей. Похожие результаты авторы работы получили и на человеческих нейронах — правда, только in vitro .

Количество регенерирующих аксонов в зрительном нерве мышей после травмы. Голубая линия соответствует экспрессии всех трех факторов Яманаки

Глаз, сделанный из зуба, и другие способы вернуть зрение

Статистические опросы показывают, что среди четырех самых страшных неприятностей со здоровьем люди, как правило, называют рак, болезнь Альцгеймера, СПИД и утрату зрения, – эти расстройства, по мнению большинства, оказывают самый сильный отрицательный эффект на ежедневную жизнь человека.

Фото с сайта medicalnewstoday.com

По данным Всемирной организации здравоохранения, 285 миллионов человек в мире имеют серьезные нарушения зрения, а 39 миллионов из них страдают от слепоты.

Полная слепота определяется как абсолютное отсутствие реакции на свет. Существует также понятие практической слепоты, когда человек различает свет и тьму, либо даже обладает некоторой способностью к восприятию визуальной информации, но эта способность столь ничтожна, что не имеет практического значения.

В США и многих европейских странах практическая слепота определяется как способность к зрению 20/200 (то есть пациент должен находиться от объекта в 20 футах (приблизительно соответствует 7 метрам), чтобы наблюдать его так же, как это может здоровый человек с расстояния 200 футов (то есть 70 м). В данной статье мы будем обращаться именно к этой шкале, так как ею пользуются те исследователи, о работе которых пойдет речь.

Прорывы современной науки в преодолении слепоты поистине удивительны. Что только не поставлено на службу делу возвращения человеку зрения! Вот лишь несколько из многочисленных научных проектов в этой области.

Ген, доставляемый вирусом

Мы привыкли думать о вирусах, как о микроорганизмах, несущих нам различные заболевания. Между тем, несколько лет назад исследователи университета Пенсильвании впервые провели удивительную медицинскую манипуляцию с вирусом, позволившую 24-летнему Дейлу Тернеру обрести зрение.

Тернер был практически слеп от рождения в результате генетического заболевания амавроз Лебера, с которым появляется на свет один из 80 000 новорожденных. Болезнь заключается в том, что из-за дефектного гена RPE65 в сетчатке умирают и не восстанавливаются светочувствительные клетки.

С Дейлом работала группа из трех офтальмологов и молекулярного генетика. Специалисты ввели в сетчатку правого глаза пациента вирус, несущий несколько копий здорового гена RPE65. Когда через два дня с глаза пациента сняли повязку, он в буквальном смысле не смог поверить глазам: Дейл вышел на улицу и увидел необыкновенно яркие цвета, которые просто поразили его. Более того, правым глазом он теперь может видеть даже при слабом освещении.

С тех пор еще несколько человек с амаврозом Лебера прошли такую же процедуру и улучшили зрение в 50 раз в дневное время и в 63000 раз – в ночное. Результат оставался стабильным в течение как минимум года после операции. Технология, однако, пока что пребывает в статусе экспериментальной, так как использование человеческого гена в медицинской терапии должно пройти одобрение администрации контроля продуктов питания и медикаментов США (FDA), а сертификация любой революционной технологии занимает годы.

Синтетическая роговица

Генетические нарушения – далеко не единственная причина слепоты. Нередко она возникает в результате повреждения роговицы, передней наиболее выпуклой прозрачной части глазного яблока, являющейся одной из светопреломляющих сред глаза. Эта проблема в принципе решается пересадкой роговицы, однако, по свидетельству Мэй Гриффит, тканевого инженера института глаза в Оттаве, шанс произвести такую пересадку выпадает нечасто, так как роговица пожилого донора не подходит для этой цели.

Гриффит удалось синтезировать искусственную роговицу из рекомбинантного человеческого коллагена, который подвергается химической обработке, а затем форматируется по образцу реальной роговой оболочки глаза. После того, как дефектные роговицы пациента заменяются биосинтетическими, его нервные окончания и клетки прорастают в ткань имплантата и начинают нормально функционировать.

Фото с сайта medicalnewstoday.com

Уже 10 пациентов перенесли подобную операцию. Шестеро из них улучшили показатели зрения от 20/400 до 20/100. По сравнению с теми, кто получил донорскую роговицу, реципиенты биосинтетической оправились после операции быстрее: им раньше сняли швы, а также им потребовался более короткий курс стероидных супрессоров иммунной системы для предотвращения отторжения роговой оболочки.

Все 10 прооперированных пациентов вполне комфортно чувствуют себя с контактными линзами на глазах, носить которые из-за поврежденной роговицы до операции они не могли.

Мэй Гриффит планирует усовершенствовать свой метод и на следующем этапе испытаний привлечь более широкий спектр пациентов. Однако для того, чтобы метод поставить на поток, потребуется не менее 5 лет упорного труда биоинженеров и врачей.

Стволовые клетки

Потрясающего результата достигла команда итальянских исследователей. Пациентам, потерявшим зрение в результате сильного ожога роговой оболочки, были подсажены культуры их собственных стволовых клеток, выращенные в лаборатории. Три четверти прооперированных восстановили зрение практически полностью – 20/20 – в течение года после вмешательства, причем результат оставался стабильным в течение 10 лет.

Оказалось также, что стволовые клетки можно использовать и в тех случаях, когда проблема не в роговице, а в сетчатке, дегенерация которой до недавнего времени считалась практически необратимой. А ведь именно она является ведущей причиной слепоты в мире. Помимо описанного выше весьма редкого заболевания амавроз Лебера, существуют также возрастная макулярная дегенерация и пигментоз сетчатки.

При дегенерации сетчатки могут страдать разные группы клеток, и в зависимости от того, какая это группа, а также от стадии дегенерации, требуются разные подходы к лечению. На начальной стадии, когда пациент еще видит, можно применить нейропротективную и генную терапии, над которыми работают специалисты клиники Мейо (Рочестер, США). Для тех же пациентов, которые уже потеряли зрение, исследователи разрабатывают метод регенерации при помощи стволовых клеток.

Сетчатка содержит два типа фоторецепторных клеток: колбочки и палочки. Палочки ответственны за восприятие формы, размеров и яркости, колбочки – за различение цветов и мелких деталей.

Фото с сайта medicalnewstoday.com

Исследователи уже научились превращать стволовые клетки в палочки и сейчас работают над методикой производства колбочек. Пока что эксперименты проводятся на животной модели. Если удастся вернуть зрение подопытным мышам, можно будет перейти к испытанию метода на человеческой модели.

Здесь, однако, есть существенная сложность. Даже при наличии здоровых палочек и колбочек в организме больного пациента будут все еще происходить биохимические процессы, которые изначально и привели к дегенерации клеток сетчатки, а значит, могут привести к ней опять. Чтобы преодолеть эту проблему, необходимо разработать генно-инженерные и нейропротективные технологии, способные прекратить или сильно затормозить дегенеративные процессы.

Око за зуб?

Да, именно так. Можно использовать зуб пациента, чтобы вернуть ему глаз, в котором повреждена роговая оболочка. Название этой хитрой технологии непросто выговорить: остео-одното-кератопротезирование. На первой стадии операции из зуба, удаленного у пациента, вырезается тонкая пластинка. В пластинке проделывается отверстие, в которое вставляют искусственную линзу либо цилиндр, затем конструкция вживляется под кожу пациента на срок от 2 до 4 месяцев, после чего производится имплантация комплекса в глаз пациента. Поскольку используется собственная ткань пациента, риск отторжения практически отсутствует.

Процедура была впервые разработана итальянским профессором Бенедетто Стрампелли в 1963 году, затем модифицирована его учеником Джанкарло Фальчинелли, и на сегодняшний день применена уже в нескольких сотнях случаев. Так, например, пожилая американка из штата Миссисипи в 2009 году впервые в США перенесла остео-одното-кератопротезирование из-за тяжелого поражения роговиц в результате синдрома Стивенса-Джонсона (тяжелая форма многоформной эритемы, при которой слизистые оболочки покрываются пузырями). После операции женщина была вне себя от счастья, так как впервые смогла увидеть лица своих внуков.

Бионический глаз

В 2013 году американская администрация контроля продуктов питания и медикаментов (FDA) одобрила имплантат-микрочип, разработанный группой из 30 ученых из различных научных институтов США. Такой микрочип на сетчатке получает изображение, посылаемое с очков, которые надевает пациент, через видеопроцессор, прикрепленный к ремню на поясе. Затем эта информация поступает непосредственно в мозг через оптические нервы. То, что получается в результате, нельзя назвать нормальным зрением, как нельзя сказать, что кохлеарный имплантат восстанавливает нормальный слух. Тем не менее, визуальная информация, которую обеспечивает имплантат, дает большую степень независимости людям, страдающим дегенеративными болезнями сетчатки: например, они могут без трости продвигаться по людным улицам и торговым центрам. Для тех, чье зрение полностью отсутствовало, это серьезное улучшение в качестве жизни.

Фото с сайта technologyreview.com

Аналогичный прибор практически одновременно с американской группой разработала немецкая компания Retina Implant. Разница заключается в том, что немецкий имплантат призван выполнить функцию фоторецепторов сетчатки без использования очков.

В настоящее время только в США ведется 15 проектов по разработке технологий преодоления дегенеративных заболеваний сетчатки. Подобного рода исследования ведутся также в Италии, Германии, Великобритании, Японии и даже Индии. Будем надеяться, что в ближайшие десятилетия нас ждут новые научные прорывы, которые позволят тысячам людей увидеть свет.

Мы просим подписаться на небольшой, но регулярный платеж в пользу нашего сайта. Милосердие.ru работает благодаря добровольным пожертвованиям наших читателей. На командировки, съемки, зарплаты редакторов, журналистов и техническую поддержку сайта нужны средства.

В Израиле вернули зрение слепому пациенту. Ему пересадили искусственную роговицу

Когда 78-летнему мужчине сняли повязки, он смог увидеть членов своей семьи и прочитать текст.

В медицине сейчас применяются и другие технологии для возвращения зрения, в частности импланты вживляют прямо в кору головного мозга.

Израильские врачи провели успешную операцию по пересадке полностью искусственной роговицы KPro, разработанной компанией CorNeat. Первым, кому удалось вернуть зрение таким образом, стал 78-летний мужчина, который ослеп 10 лет назад.

• После операции пациент снова смог читать текст и видеть окружающих. Врачи из Израиля отметили, что замены роговицы на искусственный аналог ждут еще как минимум девять человек.
• Сейчас для подобных операций чаще всего используется донорская роговица — ее берут у погибших людей.
• Компания планирует расширяться и получить разрешение на установку имплантов в США, Канаде, Франции и Нидерландах.

Роговица — прозрачная оболочка глаза — необходима для правильной фокусировки света. При повреждении роговица начинает мутнеть. Чаще всего этот процесс протекает быстро и почти всегда приводит к потере зрения.

Что из себя представляет роговица KPro

Имплант CorNeat KPro предназначен для замены деформированной, поврежденной или помутневшей роговицы. Он сделан из биомиметического материала. Его структура похожа на внеклеточный матрикс, который составляет основную часть стромы (прозрачной оболочки) роговицы.

• Установка имплантата — операция более простая, чем те методики, которыми пользуются сейчас. Она требует минимального количества швов и разрезов.
• Во время операции конъюнктива (внешняя оболочка глаза) отсоединяется от склеры (белочной оболочки), образовывая карман. Роговица пациента удаляется, и пришивается имплант, покрывающий как роговицу, так и склеру. После имплантации конъюнктиву пришивают обратно к склере.
• Вся процедура занимает примерно час. Еще неделю имплантат приживается. По данным врачей, этот процесс протекает успешно за счет синтетического состава имплантата, кроме того, риски заражения сведены к нулю.

Новые технологии в восстановлении зрения

Замена донорского материала синтетическим, использование новейших технологий и замена массивных устройств на компактные — главные тренды офтальмологии. Некоторые из них применяются на практике, правда, пока проходят стадию испытания. С помощью имплантов заменяют не только роговицу.

• В Швейцарии создали складной протез сетчатки глаза Polyretina. Это фотогальваническая пленка, покрытая слоем химического вещества, которое может поглощать свет и конвертировать его в электрический сигнал. Пленка размещена на сферическом основании, чтобы можно было удобно разместить ее на глазном дне.

• Британские ученые напечатали на 3D-принтере аналог роговицы, частично состоящий из ее настоящих клеток — кератоцитов. Но большую часть материала составляют коллаген и альгинат натрия.

• Японские офтальмологи первыми пересадили человеку роговицу из перепрограммированных стволовых клеток. До этого использовали только биоматериал от погибших доноров. Плюс такого трансплантата в том, что в нем нет клеток иммунной системы, а значит, риск отторжения невелик.

Есть еще одна операция по восстановлению зрения, ставшая уже привычной в современной медицине. Это замена хрусталика глаза на искусственный. Сегодня в основном применяются гибкие интраокулярные линзы, которые устанавливают через микроразрез. Чаще всего эту операцию делают при катаракте, то есть помутнении хрусталика.

Искусственные глаза

Для того чтобы незрячие люди могли видеть, ученые создают электронные устройства, реализующие концепцию «искусственного зрения». Они стараются сделать их максимально безопасными, приближенными к биологическим тканям людей и с максимально возможным разрешением. Эти технологии уже используются в медицине.

Ретинальные системы, или «бионический глаз»

• Это система внешних и внутренних устройств, предназначенных для восстановления зрения у тех, кто потерял его из-за проблем с сетчаткой. Главный элемент таких устройств — матрицы микроэлектродов, которые пропускают нейронные сигналы.
• «Бионическими глазами» занимались несколько компаний. Одна из них — Second Sight — выпустила протез Argus II. Он состоит из нескольких частей, одна — имплант, который закрепляют на сетчатке глаза, другая — очки со встроенной камерой, которая передает информацию об изображении на небольшой процессор, а он отправляет сигнал в имплант. Тот, в свою очередь, стимулирует зрительный нерв.

• В России такую систему впервые установили в 2017 Григорию Ульянову, который с детства страдал куриной слепотой, а с возрастом полностью потерял зрение. С протезом он смог увидеть очертания предметов, определять расстояние до них и даже самостоятельно передвигаться. В мире такими системами пользуются порядка 350 человек. Несмотря на то что они полностью не восстанавливают зрение, известен случай, когда пациент научился читать и смог различать черты лица.

Компании, создающие ретинальные системы, остановили производство, так как появилось новое поколение кортикальных протезов. Тем не менее проекты по улучшению ретинальных имплантов еще есть, но ни один из них не прошел клинические испытания.

Кортикальные системы имплантации

• Это подгруппа протезов, способных вызывать зрительные восприятия у слепых людей за счет стимуляции зрительной коры мозга, а не зрительного нерва. Этот подход может быть единственным доступным лечением слепоты, вызванной глаукомой, атрофией зрительного нерва, травмой сетчатки, зрительных нервов и другими заболеваниями. Кортикальный подход не требует наличия здоровой сетчатки и даже самого органа зрения.
• Second Sight создала систему Orion, которая имеет тот же принцип, что и Argus II. В очках, которые носит пациент, расположена камера. Изображение трансформируется в импульсы, которые проходят в кору головного мозга. Первому человеку имплантировали Orion в 2018 году. Он смог различать объекты и источники света. Правда, пока «картинка» имеет низкое разрешение, поэтому разработчики пытаются сделать ее более качественной.

© Сетевое издание «Московские новости»

Свидетельство о регистрации СМИ сетевого издания «Московские новости» выдано федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 30.10.2014 года номер ЭЛ № ФС 77 — 59721.

• Мир в огне
• Киберпанк
• Капитал

• Правила игры
• Культурный код

Мы используем файлы cookie, чтобы все работало нормально. Мы верим, что даже в эру побеждающего киберпанка есть место для бережного подхода к данным и конфиденциальности пользователей. Подробности — в нашей Политике конфиденциальности.