Искусственная сетчатка из жидкого металла дала слепым мышам способность видеть инфракрасный свет

Некоторые генетические или возрастные заболевания ведут к дегенерации фоторецепторов сетчатки глаза, из-за чего наступает слепота. Часто при этом другие слои клеток, например ганглионарные клетки сетчатки, остаются невредимыми и сохраняют способность отправлять сигналы в мозг. 

Инженеры не первый год пытаются компенсировать работу погибших рецепторов с помощью микроэлектронных систем, которые улавливают свет и передают микротоки прямо на ганглионарные клетки. Главная проблема прошлых поколений протезов была в жесткости применяемых материалов: твердые электроды легко повреждают мягкие ткани глазного дна и вызывают воспаление.

Помимо этого, традиционные имплантаты реагируют на обычный видимый свет. Авторы новой научной работы предложили использовать ближнее инфракрасное излучение. Волны такой длины не улавливаются глазом, поэтому искусственные вспышки, по идее, не будут перекрывать остатки естественного зрения у пациентов с частичной потерей функции.

Ученые создали мягкий протез на основе жидкого металла, который смог стимулировать нейроны сетчатки при облучении ближним инфракрасным светом. Результаты опубликовали в журнале Nature Electronics.

Исследователи собрали ультратонкую пленку с массивом кремниевых транзисторов и выступающих микроэлектродов. Контакты сделали в форме столбиков высотой 60 микрометров из сплава галлия и индия, который при температуре тела находится в жидком состоянии. Сплав в тысячи раз мягче классических проводников и близок по упругости к биологическим тканям глаза. Для улучшения проводимости на кончики нанесли платину. Поверх поместили фильтр, блокирующий видимый спектр, чтобы на транзисторы попадал строго инфракрасный свет.

Сначала безопасность оценили на культуре пигментных клеток человека и на изолированной сетчатке. Устройство оказалось нетоксично для живых тканей и стабильно переносило влажную среду, хотя это не гарантировало иммунной толерантности у живого организма.

Затем искусственную сетчатку поместили в глаза трем здоровым мышам и трем с генетической мутацией, ведущей к полной дегенерации фоторецепторов. Животным светили в глаза вспышками синего и инфракрасного света, регистрируя активность в зрительной коре. Электрические сигналы в мозге слепых грызунов возникали только в ответ на инфракрасное излучение при работающем протезе. Здоровые испытуемые с имплантатом успешно реагировали на оба типа освещения.

Ученые подтвердили факт передачи сигнала от глаза в мозг, но как эти импульсы обрабатывались зрительными центрами по электроэнцефалограмме было невозможно восстановить.

Наконец, исследователи провели поведенческий тест. Мышей приучили слизывать воду из трубки в ответ на оптический сигнал. Слепые животные научились реагировать на инфракрасные вспышки так же надежно, как здоровые грызуны реагировали на оптический сигнал. 

Технология оказалась совместима с тканями живого глаза и позволила передавать в мозг информацию об инфракрасном освещении. Границы применимости такого имплантата пока сильно сужены. Передача электрического импульса к нейронам не означает формирование полноценной картины мира в сознании. Субъективное восприятие этих стимулов пациентом может выйти похожим на хаотичные белые пятна, а не на тепловизионное зрение.

Внедрение сплавов из жидкого металла и перенос чувствительности транзисторов в невидимый оптический спектр в будущем может расширить арсенал медицины в борьбе со слепотой. Чтобы доказать реальную применимость, инженерам предстоит радикально сократить энергопотребление устройства и провести многолетние тесты на крупных животных.

Илья Гриднев

190 статей

Автор материалов на стыке разных областей знания — от археологии и палеонтологии до физики и технологий. Интересуется тем, как работает мир, и рассказывает об этом понятно и увлекательно.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram