Исследователи начали использовать голографическую технику для восстановления зрения

Компьютерная голография может быть использована в сочетании с оптогенетической техникой

Исследователи во главе с профессором биомедицинской инженерии Шаем Шохамом из израильского технологического института «Технион» пробуют использовать голографию для искусственной стимуляции клеток глаза в рамках разработки новой стратегии бионического восстановления зрения.

Компьютерная голография может быть использована в сочетании с техникой, называемой оптогенетической, которая использует генную терапию для доставки светочувствительных белков сетчатки к поврежденным нервным клеткам. При наличии пигментного ретинита (ПР), который наблюдается примерно у одного из 4000 человек в Соединенных Штатах, светочувствительные клетки вырождаются, что приводит к слепоте.

«Главная идея оптогенетики – позаимствовать светочувствительный белок у другого организма (это, как правило, организм морских водорослей или бактерий) и привить его поврежденной светочувствительной клетке», – объясняет Шохам.

В ходе такой генной терапии интенсивные световые импульсы способны вновь активировать нервные клетки. Однако, по словам Шохама, исследователи по всему миру пока еще только ищут лучший способ поставки световых импульсов, позволяющий сетчатке «видеть» или реагировать на импульсы почти в нормальном режиме.

Принцип работы новых аппаратов в том, что протезная гарнитура или окуляры, которые человек может носить, преобразовывают картинки в световые импульсы, стимулирующие генетически измененные клетки.

В своей статье в Nature Communications «технионские» исследователи показывают, каким образом свет от компьютерной голографии может использоваться для стимуляции восстановления клеток в сетчатке глаза мышей. Главное, говорят они, в использовании светового раздражителя, который интенсивно и целенаправленно способен вызывать деятельность одновременно в различных клетках сетчатки.

«Преимущество голографии, которую мы используем, в том, что она относительно точна и интенсивна, – комментирует Шохам. – А для того, чтобы видеть, нам как раз необходимы именно эти два качества».

Исследователи обратились к голографии после многочисленных попыток использовать другие раздражители, в числе которых лазерные отражатели и цифровые дисплеи, используемые во многих портативных проекторах для стимуляции этих клеток. По словам Шохама, оба метода имеют свои недостатки.

«Свет цифровых дисплеев способен стимулировать сразу многие нервные клетки, однако он обладает низкой интенсивностью и очень низкой светоотдачей, – рассказывает Шохам. – Генетически восстановленные клетки менее чувствительны к свету, чем обычные здоровые клетки сетчатки, поэтому им нужен более яркий источник света, подобный лазеру. Лазеры, в свою очередь, обладают нужной интенсивностью, однако не способны создать параллельную проекцию, которая будет одновременно стимулировать все необходимые клетки, чтобы увидеть полную картину. Голография объединяет в себе лучшее от обоих вариантов».

Исследователи протестировали возможности голографической стимуляции клеток сетчатки в лаборатории и сделали некоторые предварительные выводы о технологии разработки на примере экспериментов с живыми мышами с поврежденными клетками сетчатки. Эксперименты показывали, что голография может обеспечить активную стимуляцию одновременно нескольких клеток со скоростью миллисекунды.

Однако внедрение голографических протезов в организм человека следует относить к планам на далекое будущее, предупреждает Шохам.

Его команда пытается испробовать и другие методы, кроме оптогенетического, чтобы активировать поврежденные нервные клетки. Например, для активации сетчатки и ткани головного мозга они также экспериментировали с ультразвуком.

Шохам отметил, что голография сама по себе предоставляет очень интересный способ трехмерной стимуляции, которую мы не используем в сетчатке слишком активно, однако она очень интересна и в других отношениях: в частности, она позволяет стимулировать ткани головного мозга.

В середине февраля Комиссия по оценке качества пищевых продуктов и медикаментов США одобрила первую искусственно созданную сетчатку глаза и глазной протез, который работает по несколько иным принципам, чем предлагаемые командой Шохама. Комиссия одобрила устройство, которое называется Argus II. В нем используются искусственная сетчатка, состоящая из электродов, и очки, работающие как протез для передачи световых сигналов на электроды.

«Я считаю, что в лаборатории Шай работают много талантливых специалистов, которые способны разработать много разных по природе методов восстановления зрения», – прокомментировал произошедшее специалист по болезням сетчатки из медицинского центра Университета штата Небраска Эяль Маргалит. Он отметил, что исследователи по всему миру также ищут способы восстановления зрения – посредством использования стволовых клеток для замены поврежденных клеток сетчатки, даже пытаются пересаживать целые пласты здоровых клеток сетчатки, а в некоторых случаях напрямую стимулируют кору головного мозга, «обходя» сам глаз.