Исследователи разработали гибкий глазной имплантат для мышей, который преобразует ближний инфракрасный свет в электрические сигналы, стимулирующие зрительные нервы. Эта технология может позволить пациентам различать свет без повреждения оставшихся клеток глаза твердыми электродами, однако пока неизвестно, как человек будет воспринимать невидимый спектр.

Причины потери зрения и существующие подходы

Некоторые генетические и возрастные заболевания вызывают дегенерацию фоторецепторов сетчатки, что приводит к слепоте. При этом другие клеточные слои, такие как ганглионарные клетки сетчатки, часто остаются неповрежденными и способны передавать сигналы в мозг. Для компенсации утраченной функции фоторецепторов инженеры разрабатывают микроэлектронные системы, которые улавливают свет и передают микротоки непосредственно на ганглионарные клетки. Основной недостаток предыдущих поколений протезов заключался в жесткости используемых материалов: твердые электроды могут повреждать мягкие ткани глаза и вызывать воспаление.

Особенности нового имплантата

В отличие от традиционных имплантатов, реагирующих на видимый свет, новая разработка использует ближнее инфракрасное излучение. Такие волны не воспринимаются глазом, поэтому искусственные вспышки не будут мешать остаткам естественного зрения у пациентов с частичной потерей функции.

Имплантат выполнен на основе жидкометаллического сплава галлия и индия, который при температуре тела находится в жидком состоянии. На ультратонкую пленку с массивом кремниевых транзисторов и выступающих микроэлектродов нанесли платину для улучшения проводимости, а сверху разместили фильтр, блокирующий видимый спектр, чтобы на транзисторы попадал только инфракрасный свет. Сплав оказался в тысячи раз мягче классических проводников и близок по упругости к биологическим тканям глаза.

Испытания и результаты

Безопасность устройства сначала проверили на культуре пигментных клеток человека и изолированной сетчатке. Имплантат не проявил токсичности и устойчиво функционировал во влажной среде, хотя это не гарантировало иммунную толерантность в живом организме.

Далее искусственную сетчатку имплантировали трем здоровым мышам и трем мышам с генетической мутацией, вызывающей полную дегенерацию фоторецепторов. Животным светили в глаза вспышками синего и инфракрасного света, регистрируя активность в зрительной коре. У слепых грызунов электрические сигналы в мозге возникали только в ответ на инфракрасное излучение при работающем протезе. Здоровые мыши с имплантатом реагировали на оба типа освещения.

В поведенческом тесте мышей обучили слизывать воду из трубки в ответ на оптический сигнал. Слепые животные научились реагировать на инфракрасные вспышки так же надежно, как здоровые грызуны реагировали на видимый свет.

Перспективы и ограничения

Технология показала совместимость с тканями живого глаза и позволила передавать в мозг информацию об инфракрасном освещении. Однако возможности применения такого имплантата пока ограничены. Передача электрического импульса к нейронам не гарантирует формирование полноценного зрительного образа. Субъективное восприятие этих стимулов пациентом может напоминать хаотичные белые пятна, а не тепловизионное зрение.

Внедрение жидкометаллических сплавов и перенос чувствительности транзисторов в невидимый спектр в будущем может расширить возможности медицины в борьбе со слепотой. Для подтверждения практической применимости необходимо значительно снизить энергопотребление устройства и провести многолетние испытания на крупных животных.