Многие из нас воспринимают зрение как должное — мы с легкостью можем найти нужный носок в шкафу и любоваться красками осени.
А между тем, по данным ВОЗ, около 2,2 млрд человек в мире имеют нарушения зрения, около 39 млн — тотально незрячие, а более 1 млн из них — это необратимо слепые дети. В России около 100 тысяч незрячих, при этом примерно 20% инвалидов по зрению — молодежь.
Незрячим приходится несладко, а потому ничего удивительного, что ученые активно ищут технологию для восстановления зрения. За последние годы создано многое: и бионические глаза, и генетическое восстановление зрения.
Но почему до сих пор все слепые не прозрели?
Почему вообще люди теряют зрение?
За восприятие света и зрительной информации в наших глазах отвечают так называемые палочки и колбочки — зрительные клетки, расположенные на сетчатке глаза.
Эти клетки содержат фоторецепторы, которые принимают световую энергию, такие как, например, белок родопсин — светочувствительный пигмент палочек.
Световая энергия по каскаду химических превращений преобразуется в нервный импульс, и при помощи специальных ганглионарных клеток этот сигнал передается в мозг. Если хотя бы один из элементов этой цепочки нарушен, человек слепнет.
Во многих случаях слепота появляется потому, что атрофируются палочки или колбочки. Это может произойти из-за физической травмы глаза или вследствие какого-либо заболевания, влияющего на сетчатку. Яркий пример — пигментный ретинит, от которого страдает более полутора миллионов человек в мире.
Гаджетозависимость для слепых
Оказывается, даже школьник из Магадана может помочь спуститься по лестнице незрячему из Уфы благодаря проекту Be my eyes — мобильному приложению, которое с камеры в телефоне или со специальных очков на лице незрячего передает изображение волонтеру, который может общаться со своим незрячим подопечным через онлайн-видео-звонок (рис. 1).
Так волонтеры становятся «чужими глазами», помогая слепому отыскать дорогу или подобрать галстук к рубашке по цвету. В 2015 году, когда проект только запустили, в нем было чуть более 12 000 волонтеров, а сейчас уже 8 миллионов. Приложение доступно в более чем 150 странах и работает на более чем 180 языках, в том числе и на русском.
Приложение бесплатно для использования как на iOS, так и на «Андроиде», и по сей день помогает незрячим. Пользователи говорят, что с приложением жизнь действительно становится легче. Но со своим зрением было бы все же лучше, да и звездное небо увидеть оно не позволяет.
Ученые спешат на помощь
Позволить людям видеть своими глазами пытаются самые разные области науки. Методы зависят от причины слепоты, с которой они работают, и от имеющихся у науки ресурсов.
Вернуть зрение больным возрастной макулодистрофией могут препараты на основе моноклональных антител. А британские ученые для той же цели предлагают использовать стволовые клетки.
Также в разработке находится технология стимуляции зрительного нерва с помощью нового типа интраневрального электрода под названием OpticSELINE (рис. 2). Это позволяет посылать зрительные сообщения прямо в мозг, полностью минуя глазное яблоко.
А может, поправим гены?
Ели слепота вызвана нарушениями в генах, то очевидный выход — генетическая терапия. Например, мутация в гене RPE65 становится причиной амавроза — редкого наследственного заболевания, которое вызывает частичную или полную потерю зрения в раннем возрасте — нередко в детстве.
На такой случай компания Spark Therapeutics разработала генетический препарат oretigene neparvovec (Luxturna). За последние годы он не только успешно прошел доклинические и клинические испытания, но и был одобрен к использованию в США и Европе (рис. 3).
Но и здесь есть нюанс: уже ослепшим на 100% пациентам этот метод никак не поможет. Генетическая терапия работает лишь у пациентов с относительно сохраненными на момент лечения фоторецепторами.
Ученые Калифорнийского университета пошли дальше и с помощью инактивированного вируса «вставили» ген для рецептора зеленого света в глаза слепых мышей.
Через месяц подопытные обходили препятствия так же легко, как и мыши без проблем со зрением. Они могли видеть движение, изменения яркости в тысячу раз и мелкие детали.
В ближайшие три года исследователи планируют провести эксперимент и на людях, потерявших зрение из-за дегенерации сетчатки. По мнению генетиков этого может быть достаточно для восстановления способности читать или смотреть видео.
Импланты в мозг и в глаз
На «Биомолекуле» уже была описана бионическая система Argus, которая передает сигналы с камеры на имплантат в сетчатке и далее в мозг.
Чтобы получить такое «бионическое зрение», пациенту необходимо заплатить $150 000. При этом полученное зрение не становится нормальным в нашем понимании — это вспышки света и искры, иногда силуэты людей и предметов.
Первый бионический глаз Argus II (рис. 4) имплантировали пациенту в 2009 году врачи Манчестерского университета. Теперь, 10 лет спустя, создатели Argus II тестируют более эффективную систему искусственного зрения Orion, которая вживляется прямо в мозг пациента.
Как и Argus II до этого, система Orion состоит из небольшой камеры, установленной на очках, для захвата изображения, блока преобразования видео в электрические импульсы, которые пользователь может интерпретировать, и имплантата, который стимулирует мозг пользователя.
Однако, в отличие от Argus II, в котором использовались имплантаты, зажатые на зрительных нервах пациента, имплантат Orion находится непосредственно в мозге. Основной недостаток новинки по сравнению с предшественником — это необходимость удалить небольшую часть черепа, чтобы обнажить область мозга, где располагают массив электродов, а это дополнительные клинические риски.
В планах разработчиков улучшить точность изображения, добавив большее количество электродов, а также поэкспериментировать с тепловизорами — они позволят слепому видеть горячую плиту и людей в комнате. Так или иначе, технология требует доработки и одобрения FDA, а вот стоимость лечения вряд ли изменится в меньшую сторону.
У этих систем есть аналоги: Boston Retinal Implant и IRIS, работающие по схожему принципу. Существенно отличается от конкурентов лишь Retina Implant AG — эта система не имеет внешней камеры, но улавливает фотоны и активирует зрительный нерв.
Вся надежда на оптогенетику
Сейчас одним из самых перспективных методов «пробуждения» спящего зрения считают оптогенетику, и о ней написано немало.
Это фантастический способ управления живым организмом с помощью света, который заключается во «встраивании» в нервные клетки светочувствительных белков.
Изначально это направление придумали для исследования нейродегенеративных заболеваний мозга: так изменяли ДНК нейронов с помощью вируса, после чего нейрон можно было активировать светом (рис. 5).
И тут возник вопрос: а почему бы таким же образом не активировать ганглионарные клетки — те самые, которые в ответе за передачу зрительного сигнала мозгу?
Сейчас возвращением зрения при помощи оптогенетики занимаются и российские ученые. В 2021–2022 годах они планируют провести первые клинические испытания генетических исследований по проекту «ВЗОР» («Восстановление зрения оптогенетическими решениями»).
Вот только каким будет это новое зрение, ведь ганглионарные клетки находятся внутри головы и достаточно изолированы от внешних источников света?
Да и перенос такого метода лечения на человека — непростой шаг, поскольку в нем используются вирусы. Требуется много дополнительных контрольных экспериментов, чтобы показать полную безвредность этой технологии для людей.
Все не так просто
И почему же все слепые еще не прозрели? Дело в том, что технологии двигают нас в сторону комфорта не так быстро, как хотелось бы. Требуется время, чтобы бионический глаз видел не только искры света, а полноценную цветную картинку. Требуется время, чтобы онтогенетические методы не только полностью восстанавливали зрение, но и были одобрены FDA и Минздравом.
А пока что многие новые технологии, такие как OpticSELINE, еще находятся на стадии испытаний, а уже проверенные временем Argus II и Orion имеют ряд медицинских противопоказаний, не говоря уже о том, что такие установки сильно бьют по карману.
Совершенно поразительные факты о зрении можно почерпнуть из статьи «Разные глаза — разные возможности», а подробнее об истории и основах оптогенетики написано в статье «Светлая голова» .
Биомолекула благодарит вас за то, что вы прочитали эту статью до конца.
Будем рады вашим лайкам и подписке на наш канал —здесь мы рассказываем много интересного из мира науки! 💚