Polsko – amerykański implant oka

Kluczowym organem dla poprawnego widzenia jest siatkówka, światłoczuła warstwa grubości ułamka milimetra, która wyścieła wnętrze tylnej części oka. To właśnie ona odpowiada za przetworzenie informacji świetlnej na impulsy nerwowe, zrozumiałe dla mózgu. Promienie padając na siatkówkę są pochłaniane przez fotoreceptory, a te z użyciem złożonych algorytmów, przekazują informacje dalej, w głąb oka, do komórek zwojowych. Algorytmy są na tyle skomplikowane, że naukowcy wciąż starają się rozwikłać naturę ich działania.

–  Implant będzie przeznaczony dla osób cierpiących na choroby neurodegeneracyjne siatkówki oka, takie jak zwyrodnienie plamki żółtej albo retinopatia barwnikowa – mówi dr Paweł Hottowy, uczestnik badań.

Kluczowe komórki zwojowe

Istotą tych chorób jest degeneracja fotoreceptorów, przy zachowaniu pełnej sprawności przez komórki zwojowe.

–  Jeśli pobudzi się w sztuczny sposób komórki zwojowe do aktywności, na przykład poprzez drażnienie tych komórek słabym prądem elektrycznym, to tym w ten sposób wyśle się pewną informację wizualną do mózgu – dodaje dr Hottowy.

Choć na papierze brzmi to bardzo prosto to w rzeczywistości takie nie jest. Największym wyzwaniem jest bowiem miniaturyzacja. Na rynku już teraz dostępne są pierwsze protezy dla niewidzących, ale ich jakość pozostawia wiele do życzenia. Pacjenci mogą przykładowo zlokalizować duże przedmioty, ale zajmuje im to dużo czasu.

–  Mikroelektrody są za duże i pobudzają jednocześnie setki albo nawet tysiące komórek zwojowych. Tymczasem w zdrowej siatkówce każda komórka zwojowa wysyła inny sygnał do mózgu - niektóre komórki wysyłają informację o drobnych szczegółach obrazu i kolorach, inne o ruchu albo niewielkich zmianach jasności. Jeżeli wszystkie te komórki pobudzamy jednocześnie, to informacje jaką dostaje mózg jest nieprecyzyjna, albo wręcz niespójna – wyjaśnia dr Hottowy.

Polski badacz używa więc o wiele mniejszych elektrod, które są w stanie pobudzić tylko jedną komórkę. Zanim jednak do pobudzenia dojdzie trzeba wymienić wadliwe fotoreceptory na miniaturowe kamery, a sygnał z nich przetworzyć identycznie jak robi to naturalna siatkówka.

Nadzieja na implant oka

Gdyby się udało skok jakościowy byłby niebywały. Osoba, która wcześniej musiała się długo zastanawiać, gdzie w pokoju są drzwi teraz będzie mogła czytać gazety, oglądać telewizję, a nawet rozróżniać kolory.

Kiedy pacjenci będą mogli poddać się operacji? –  Mówimy tutaj jednak o perspektywie co najmniej kilkunastu lat, może nawet dłuższej – odpowiada dr Hottowy i dodaje:

– Na razie projekt prowadzimy w laboratorium, nie budujemy jeszcze prawdziwego implantu.

Implant będzie pokłosiem polsko-amerykańskiej współpracy. Badacze z AGH zajęli się budową skomplikowanych układów scalonych do pobudzania komórek zwojowych, a amerykanie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz skonstruowaniem matrycy z gęsto upakowanymi elektrodami.

–  Nasza aparatura pomiarowa potrafi jako jedyna na świecie dostarczyć tak precyzyjnych informacji – zachwala polską technologię dr Hottowy. Obecnie eksperymenty prowadzone są na Uniwersytecie Stanforda.

Syntetyczna siatkówka?

Najbliższe lata to dalsze doskonalenie implantu, aby niezależnie można było pobudzać coraz więcej komórek. W dalekiej perspektywie dr Hottowy nakreśla projekt zbudowania w pełni syntetycznej siatkówki, który jednak budzi jeszcze wiele znaków zapytania.

Z polskiej strony badania wspiera finansowo Narodowe Centrum Nauki, a koncepcja dokładnej stymulacji komórek jest wykorzystywana także we współpracy z Instytutem Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego w Warszawie. Tam obiektem badań jest pobudzanie komórek nerwowych w mózgu.

–  Bardzo się cieszę na tę współpracę, bo zawsze chciałem, aby z efektów naszej pracy – w końcu finansowanej z polskich środków – mogli też bezpośrednio skorzystać polscy biolodzy – podsumowuje dr Hottowy.