Потеря зрения из-за повреждения сетчатки, например при макулярной дегенерации, остается одной из сложнейших проблем в офтальмологии. Хотя некоторые виды слепоты, такие как вызванные катарактой, успешно лечат, восстановление функций поврежденной сетчатки представляет значительные трудности.
Существующие подходы к созданию сетчаточных протезов часто сталкиваются с ограничениями: им требуются внешние источники питания, они могут быть громоздкими или недостаточно биосовместимыми. Создание безопасного, легко имплантируемого протеза сетчатки, способного обрабатывать как видимый, так и инфракрасный свет, могло бы не только восстановить утраченное зрение, но и улучшить естественные зрительные возможности.
Команда исследователей из Китая разработала такой сетчаточный нанопротез. Результаты работы опубликованы в журнале Science. Ученые создали нанопроволоки из теллура, а затем сплели их в тонкую сетку, формируя протез.
Выбор теллура для этой задачи неслучаен. Этот полупроводниковый материал обладает способностью напрямую преобразовывать световую энергию в электрические сигналы под воздействием света, не требуя дополнительного источника питания. Электрический ток, генерируемый нанопроволоками, затем передается на зрительный нерв, откуда сигналы поступают в мозг для обработки. Это свойство делает теллуровые нанопроволоки перспективным материалом для создания автономных имплантатов.
Испытания новой технологии проводили на мышах, у которых слепоту вызывали методами биоинженерии. Нанопротезы имплантировали в субретинальное пространство глаза, где они заменяли поврежденные фоторецепторы. Чтобы оценить эффективность имплантатов, исследователи регистрировали электрическую активность зрительных нервов и зрительной коры головного мозга. Они обнаружили активность, отсутствовавшую у контрольной группы мышей, которым имплантат не устанавливали.
У мышей с протезом восстановились зрачковые рефлексы на свет и наблюдалась активация нейронов. Кроме того, имплантированные мыши демонстрировали способность поворачиваться к источнику светодиодного света и реагировать на зрительные паттерны в поведенческих тестах, таких как обучение с водным вознаграждением по визуальной подсказке.
При этом животные реагировали на свет, интенсивность которого была почти в 80 раз ниже порога обнаружения для человека. Протез позволил животным обрабатывать свет в ближнем инфракрасном диапазоне. В будущем это свойство может привести к разработке устройств, которые будут создавать более четкий цветовой контраст и улучшенное ночное зрение.
Далее биосовместимость и эффективность предложенного нанопротеза проверили на макаках-крабоедах Macaca fascicularis. Имплантат плотно прилегал к сетчатке в субретинальном пространстве и генерировал устойчивые ответы сетчатки на видимый и инфракрасный свет. При этом нормальное зрение у приматов не нарушилось.
Исследование продемонстрировало, что сетчаточный нанопротез на основе теллуровых нанопроволок обладает значительным потенциалом для восстановления зрения. Эти провода естественным образом преобразовывали свет в фотоэлектрические сигналы без внешнего электрического смещения и смогли охватить спектр от видимого до инфракрасного света.
Успешные результаты испытаний на животных открывают дорогу для будущих клинических испытаний на людях, демонстрируя возможность не только восстановления зрения у незрячих, но и расширения зрительного восприятия до инфракрасного диапазона, предлагая более безопасное, эффективное и широкоспектральное решение по сравнению с существующими технологиями.