Инновационный глазной протез: технология жидкого металла восстанавливает зрение, не повреждая живые ткани
В результате инновационного научного исследования, проведенного международной группой ученых, специально разработанный гибкий глазной имплантат помог восстановить зрение слепым мышам и позволил им воспринимать ближний инфракрасный диапазон излучения. Это новое устройство преобразует инфракрасные лучи в электрические сигналы и передает их непосредственно на зрительные нервы. Проект, опубликованный в известном журнале «Nature Electronics», в будущем может открыть совершенно новую и безопасную страницу в лечении людей, лишенных зрения.
Обычно некоторые генетические нарушения или возрастные заболевания приводят к гибели фоторецепторов глаза (то есть светочувствительных клеток), что приводит к полной слепоте. В таких ситуациях другие клетки глаза и нервные системы сохраняют свое здоровье и способность посылать сигналы в мозг.
Инженеры на протяжении многих лет пытались создать микрожидкостные микроэлектронные системы, которые заменили бы погибшие рецепторы. Однако самой большой проблемой протезов предыдущего поколения было то, что они изготавливались из жестких материалов. Твердые электроды повреждали мягкие ткани глазного дна, вызывая отеки и воспаления. Они также реагировали на обычный видимый свет, что перекрывало даже ту небольшую часть естественного зрения, которая сохранялась у пациента.
Авторы новой научной работы предложили использовать ближние инфракрасные лучи, невидимые для человеческого глаза, которые обычный глаз не использует. Инженеры сконструировали очень тонкую пленку, состоящую из кремниевых транзисторов и выходящих из нее микроэлектродов. Контакты внутри глаза были сделаны из жидких металлических форм, состоящих из сплава галлия и индия.
Этот металлический сплав находится в жидком состоянии при температуре человеческого тела, в тысячи раз мягче обычных проводников и очень близок к эластичности биологических тканей глаза. Чтобы еще больше улучшить токопроводимость, концы металлических столбиков были покрыты платиной, а сверху был установлен специальный фильтр, пропускающий только инфракрасные лучи.
Лабораторные испытания прошли успешно
Безопасность новой технологии была впервые протестирована на лабораторной модели пигментных клеток человека и на изолированной сетчатке глаза. Было установлено, что устройство не обладает токсичностью для живых тканей и полностью устойчиво к влажной среде глаза.
Затем искусственная сетчатка была имплантирована в глаза трем здоровым и трем генетически полностью слепым мышам. Когда ученые направляли инфракрасный свет в глаза мышей, в зрительном центре коры головного мозга слепых мышей регистрировалось формирование электрических импульсов.
Кроме того, был проведен эксперимент для проверки поведения животных. Мышей научили слизывать воду из специальной трубочки, когда они видели какой-либо световой сигнал. Слепые мыши с помощью искусственного глаза смогли воспринимать инфракрасные лучи так же точно и надежно, как здоровые мыши видят обычный свет.
Перспективный научный путь
Хотя исследования доказали, что сигнал передается из глаза в мозг, ученые пока не знают, как именно эта технология подействует на людей. Импульс, поступающий в мозг, может не восстановить полную и четкую картину мира в сознании человека, а быть похожим на хаотичные белые пятна. То есть, будет ли пациент видеть в формате тепловизора, пока остается неизвестным.
Тем не менее, внедрение жидких металлов в медицину и работа транзисторов в невидимых спектрах дают медицине новый инструмент в борьбе со слепотой. Прежде чем использовать технологию на людях и более крупных животных, инженеры планируют существенно снизить ее энергопотребление и провести многолетние испытания.
