Исследователи под руководством профессора биомедицинской инженерии Шай Шохам из Техниона-Израильского технологического института проверяют способность голографии искусственно стимулировать клетки глаза в надежде разработать новую стратегию восстановления бионического зрения.
По их словам, компьютерная голография может использоваться в сочетании с техникой, называемой оптогенетикой, которая использует генную терапию для доставки светочувствительных белков к поврежденным нервным клеткам сетчатки. В таких условиях, как пигментный ретинит (РП) – заболевание, которым страдает примерно один из 4000 человек в Соединенных Штатах – эти светочувствительные клетки дегенерируют и приводят к слепоте.
"Основная идея оптогенетики состоит в том, чтобы взять светочувствительный белок из другого организма, обычно из водорослей или бактерий, и вставить его в клетку-мишень, и это фотосенсибилизирует клетку," Шохам объяснил.
Интенсивные световые импульсы могут активировать нервные клетки, вновь сенсибилизированные этим методом генной терапии. Но Шохам сказал, что исследователи во всем мире все еще ищут лучший способ передать световые узоры, чтобы сетчатка "видит" или отвечает почти нормально.
План состоит в том, чтобы когда-нибудь разработать протезную гарнитуру или окуляр, которые человек мог бы носить, чтобы преобразовывать визуальные сцены в световые узоры, стимулирующие генетически измененные клетки.
В своей статье в выпуске Nature Communications от 26 февраля исследователи Техниона показывают, как свет от компьютерной голографии можно использовать для стимуляции этих восстановленных клеток в сетчатке мышей. По их словам, ключом к успеху является использование интенсивного, точного и точного светового стимула, способного активировать активность множества клеток одновременно.
"Голография, которую мы используем, имеет то преимущество, что она относительно точна и интенсивна," Шохам сказал. "И вам нужны эти две вещи, чтобы увидеть."
Исследователи обратились к голографии после изучения других вариантов, включая лазерные дефлекторы и цифровые дисплеи, используемые во многих портативных проекторах для стимуляции этих клеток. По словам Шохама, у обоих методов есть свои недостатки.
Цифровые световые дисплеи могут стимулировать сразу несколько нервных клеток, "но у них низкая интенсивность света и очень низкая световая отдача," Шохам сказал. Генетически восстановленные клетки менее чувствительны к свету, чем нормальные здоровые клетки сетчатки, поэтому для активации им предпочтительно нужен яркий источник света, такой как лазер.
"Лазеры дают интенсивность, но не могут дать параллельную проекцию" который одновременно стимулировал бы все клетки, необходимые для получения полной картины, отметил Шохам. "Голография – это способ получить лучшее из обоих миров."
Исследователи проверили потенциал голографической стимуляции клеток сетчатки в лаборатории и провели предварительную работу с этой технологией на живых мышах с поврежденными клетками сетчатки. Эксперименты показывают, что голография может обеспечить надежную и одновременную стимуляцию нескольких клеток с миллисекундными скоростями.
Но внедрение голографических протезов на людях – это далекое будущее, – предупредил Шохам.
Его команда изучает другие способы, помимо оптогенетики, для активации поврежденных нервных клеток. Например, они также экспериментируют с ультразвуком для активации тканей сетчатки и головного мозга.
И Шохам сказал, что сама голография "также предоставляет очень интересный путь к трехмерной стимуляции, которую мы не так часто используем в сетчатке, но очень интересен в других проектах, где позволяет нам стимулировать трехмерную ткань мозга."
В середине февраля U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило первый искусственный сетчатка и протез сетчатки, который работает иначе, чем проект Техниона. В устройстве Argus II, одобренном FDA, используется искусственный "сетчатка" состоящий из электродов и протеза в виде очков для передачи световых сигналов на электроды.
"Я думаю, что лаборатория Шай очень умна, чтобы использовать множество методов восстановления зрения," сказал Эяль Маргалит, специалист по заболеваниям сетчатки в Медицинском центре Университета Небраски. Он сказал, что исследователи во всем мире также ищут способы использовать стволовые клетки для замены поврежденных клеток сетчатки, для трансплантации целых слоев здоровых клеток сетчатки, а в некоторых случаях "полностью обходить глаз и напрямую стимулировать кору головного мозга" восстановить потерянное зрение.