Не в бровь, а в глаз. Бионический глаз – искусственная зрительная система

Искусственное зрение все больше становится реальностью как в науке, так и медицине - сочинители фантастических романов о таком и не помышляли. Летом прошлого года первые изготовленные из кремния искусственные сетчатки были имплантированы трем слепым пациентам. Все трое страдали почти полной потерей зрения, вызванной retinitis pigmentosa (RP), - болезнью глаз, повреждающей ночное и периферийное зрение. Они выписались из больницы на следующий после операции день.

Изобрели искусственную кремниевую сетчатку (ASR, от artificial silicon retina) основатели компании Optobionics братья Винсент и Алан Чоу. ASR представляет собой микросхему диаметром 2 мм и толщиной меньше человеческого волоса. На кремниевой пластине размещается порядка 3500 микроскопических солнечных элементов, которые преобразуют свет в электрические импульсы.

Микросхема, созданная для замены поврежденных фоторецепторов - светочувствительных элементов глаза, преобразующих в здоровом глазу свет в электрический сигналы, - работает от внешнего света, у нее нет батареек или проводов. Искусственная кремниевая сетчатка хирургическим способом имплантируется под сетчаткой пациента, в так называемом подсетчаточном пространстве, и генерирует визуальные сигналы, сходные с сигналами, производимыми биологическим фоторецепторным слоем.

В действительности ASR работает с фоторецепторами, еще не утратившими возможность функционировать. «Если микросхема сможет с ними взаимодействовать в течение некоторого продолжительного времени, значит, мы движемся к цели верной дорогой», - уверен Алан Чоу.

Люди, страдающие retinitis pigmentosa, постепенно утрачивают фоторецепторы. Вообще же это собирательное название многих заболеваний глаз, в результате которых происходит разрушение фоторецепторного слоя.

Возрастное возникновение пятен на роговице (AMD, от age-related macular degeneration), по мнению братьев Чоу, также поддается коррекции с помощью искусственной кремниевой сетчатки. Пятна на роговице являются следствием старения организма, но точная причина пока не известна. От подобных болезней страдают более 30 млн. населения планеты, они часто приводят к неизлечимой слепоте.

На сегодняшний день ASR не в состоянии справиться с глаукомой, связанной с повреждением нерва, и не помогает при диабете, приводящем к появлению рубцов на сетчатке. Бессильна искусственная сетчатка при сотрясениях и других мозговых травмах.

«Сейчас мы пытаемся понять, куда двигаться дальше, - рассказывают о своих планах братья Чоу. - Как только удастся определиться, можно будет поэкспериментировать с изменением параметров».

Естественное и искусственное зрение

Процесс «видения» можно сравнить с работой фотокамеры. В фотокамере световые лучи проходят через набор линз, фокусирующих изображение на пленке. В здоровом глазу лучи света проходят через роговицу и хрусталик, который фокусирует изображение на сетчатке, представляющей собой слой светочувствительных элементов, выстилающих заднюю поверхность глаза.

Пятно (macula) - это область сетчатки, получающая и обрабатывающая детальные изображения и посылающая их в мозг по зрительному нерву. Многослойное пятно обеспечивает изображениям, которые мы видим, высочайшую степень разрешения. Повреждено пятно - ухудшается зрение. Что делать в этом случае? Вводить ASR.

Тысячи микроскопических элементов ASR подсоединены к электроду, преобразующему входящие световые изображения в импульсы. Эти элементы стимулируют работу оставшихся работоспособных элементов сетчатки и вырабатывают визуальные сигналы, сходные с сигналами, генерируемыми здоровым глазом. «Искусственные» сигналы могут быть затем обработаны и посланы по зрительному нерву в мозг.

В экспериментах с животными в 80-х годах братья Чоу стимулировали ASR инфракрасным светом и регистрировали отклик сетчатки. Но животные, к сожалению, не могут говорить, поэтому неизвестно, что же, в сущности, происходило.

Более существенные результаты

Около трех лет назад братья собрали достаточное количество данных для того, чтобы обратиться в Управление питания и лекарственных препаратов за разрешением на проведение клинических экспериментов с участием человека. В качестве кандидатов были выбраны три пациента в возрасте от 45 до 75 лет, долгое время страдавших сетчаточной слепотой.

«Мы отобрали людей с наиболее серьезными нарушениями, так что если им удастся хоть что-то увидеть, результаты будут самыми обнадеживающими, - рассказал об эксперименте Алан Чоу. - Нам хотелось начать как можно скорее, мы тревожились только по поводу слишком поспешных выводов, которые могут быть сделаны в результате экспериментов».

Создатели искусственной сетчатки подчеркивают, что в настоящий момент их устройство не в состоянии помочь пациентам видеть так, как делают это здоровые люди.

«Можно будет говорить о блестящем результате, если плотность элементов окажется достаточной, чтобы пациенты могли видеть движущиеся объекты. В идеале им нужно различать формы и очертания предметов», - говорит Ларри Бланкеншип, управляющий директор компании Optobionics.

Отторжения имплантанта изобретатели не боятся. «Как только искусственная сетчатка имплантирована, вокруг нее образуется вакуум, это вполне предсказуемо», - считают Чоу. Уже можно утверждать, что искусственная кремниевая сетчатка - монументальное научное достижение, которое поможет навсегда избавиться от угрозы некоторых форм слепоты.

2147 16.03.2019 4 мин.

Установка протеза глаза – единственный способ возвращения пациентов, к нормальной жизни. Степень эффективности протезирования зависит от правильности подбора изделия – чем выше степень его соответствия естественному глазу человека, тем лучше пройдет реабилитация. Изделия медицинского назначения могут быть стандартными или индивидуальными, особое внимание в клинической практике уделяется вопросам их безопасности. Качественные протезы обязательно идут с сертификатами соответствия, которые вы можете запрашивать у продавца на момент совершения покупки.

Когда необходимо протезирование

Глазные протезы решают не только эстетические и психологические проблемы пациента . Если человек, утративший глаз, не будет носить его заменитель, со временем конъюнктивальная полость станет меньше, а ресницы начнут загибаться вовнутрь, доставляя немало неудобств и становясь главной причиной развития .

Протезирование глаза решает важные эстетические, физиологические и психологические задачи.

Особенно важную роль протезирование играет у детей – нахождение в конъюнктивальной полости заменителя глаза стимулирует процессы роста костей орбиты. Если протезирование не проводится, кости растут медленно, и развивается асимметрия лица. Когда это необходимо, врачи перед протезированием проводят пластику век, коррекцию полости конъюнктивы, создают опорно-двигательную культю, проводят , эвисцерацию либо эвисцероэнуклеацию с имплантацией.

Как правило, протезирование назначается в случае частичного или полного удаления глазного яблока из-за таких заболеваний:

Виды

С учетом используемой технологии производства глазные конструкции делятся на индивидуальные и стандартные. Все изделия изготавливаются в специализированных лабораториях вручную – попытки автоматизировать процессы их производства предпринимались, но нужного результата не дали.

Все изделия для протезирования изготавливаются строго вручную.

Стандартные изделия являются универсальными, и особенности глазной полости конкретного пациента не учитывают. Индивидуальные изготавливаются под заказ с учетом особенностей строения конъюнктивальной полости конкретного пациента, цветовых, рельефных характеристик склеры и радужки здорового глаза.

По размерам протезы бывают:

По стороне ношения:

• левые;
• правые.

По форме:

• эллипс;

В ходе классификации изделий берутся во внимание и такие характеристики как посадка радужки, цвета склеры и радужки, материал изготовления. Пластмассовые сегодня пользуются большим спросом, чем стеклянные, поскольку они являются более долговечными, безопасными, не бьются. Также выделяются тонкостенные изделия, применяемые во время формирования полости глаза и для косметической маскировки дефекта глаз с бельмом, толстостенные, двустенные – они используются при полном отсутствии собственного глазного яблока.

На детские и взрослые протезы не делятся – подбор изделий осуществляется по размеру.

Уход за протезом

Перед выполнением операций по введению и извлечению глазного протеза тщательно вымойте руки, подготовьте глазные капли, салфетки, присоску. Обязательно сядьте за стол, покрытый мягкой тканью, а перед собой поставьте зеркало.

Извлечение протеза

Порядок извлечения протеза выглядит следующим образом:

Как установить

Как самостоятельно ввести протез? Действуйте по следующей схеме:

Как чистить

Протез глаза моют в теплой воде с мылом – спирт использовать нельзя. Послеоперационное изделие разрешается не вынимать. Обязательно строго соблюдайте правила личной гигиены, глаза во время умывания держите закрытыми.

Если протез длительное время находится в полости глаза, он начинает раздражать конъюнктиву.

Как часто требуется чистка

Стандартно чистка производится один раз в две недели. Подробности уточняйте у врача.

Чистка глазного протеза

Условия замены и хранение

Взрослые пациенты носят протез в течение 8-10 месяцев, а затем заменяют его на новый. Делать это нужно обязательно, поскольку поверхность изделия в результате постоянного ношения становится шершавой, на ней появляются борозды и мелкие раковины, травмирующие слизистую глаза.

Необходимые атрибуты для хранения протеза

Плановая замена пластмассовых изделий осуществляется один раз в два года, стеклянных ежегодно.

Носить протез нужно постоянно. Если вы снимаете его на ночь, то не кладите в воду или дезинфицирующий раствор – вымойте с теплой водой и мылом, положите на ткань.

Видео

Выводы

Глазное протезирование позволяет пациенту, утратившему глаз, вернуться к нормальной жизни. И во взрослом, и в детском возрасте ношение протезов является обязательным. Плановая замена производится 1-2 раза в год (стеклянные изделия нужно менять чаще).

Хирурги-офтальмологи прибегают к протезированию только в запущенных случаях, когда никакая другая не способна восстановить глазное яблоко. До тех пор могут применяться различные офтальмологические методики по сохранению глаза, даже с учетом потери его главной функции.

На основании исторических документов есть данные, что глазные протезы начали создаваться еще в Древнем Египте. Мумиям их делали из золота, покрывая эмалированным рисунком. Первый глазной протез появился в XVIII веке и по внешнему виду мало отличался от современного.

Создание видящего глазного протеза

Первый искусственный глаз, позволяющий воспринимать свет, был создан в Японии. Не просто стеклянный протез, а целая система полупроводниковых элементов, тончайшая матрица, которая проецирует картинку на искусственную сетчатку, и передает импульсы в мозг.

Все восприятие окружающего мира человек получает через мозг, куда поступают импульсы с изображением через На искусственную сетчатку попадает свет, создавая электрическое напряжение, в мозг поступает сигнал и формируется цветной и объемный зрительный образ.

Создание видящего находится в процессе разработки. Совершенствуется и увеличивается мощность сигнала, и соответственно уменьшается величина чипа. Но и на данной стадии разработки получены результаты, которые позволяют незрячему человеку различить объемные предметы на близком расстоянии.

Глазной протез

Человек, лишившийся органа зрения, испытывает не только физическую, но и психологическую травму. Поэтому так важно правильно провести протезирование.

Современная медицина предлагает два вида искусственных и пластмассовые. Протезы используются в случае полной потери глазного яблока, или его субатрофии (значительного уменьшения в размерах), когда ставится очень тонкий пластмассовый протез, который еще называют коронкой.

Протезы изготавливаются из стекла и пластмассы. Несмотря на то что стеклянные изделия тяжелее и менее практичны из-за хрупкости материала, они обладают одним немаловажным достоинством, - выглядят живее. При увлажнении их слезой, появляется естественный блеск. Пластмассовые протезы более практичны. Они не бьются, легче и в полости практически не ощущаются. Но при длительном использовании и неаккуратном обращении пластмасса покрывается царапинами, и ее поверхность становится матовой. Для поддержания протеза в хорошем состоянии можно воспользоваться искусственной слезой - каплями для глаз.

Протезы могут быть стандартными и подбираются офтальмологом либо изготавливаются по индивидуальному заказу, когда художник воспроизводит точную копию здорового глаза.

Уход за конъюнктивальной полостью и протезом

После удачного протезирования необходимо придерживаться определенных правил по уходу за протезом и его полостью.

В первое время после операции давление, которое оказывает искусственный глаз на конъюнктиву, вызывает боль и раздражение. Но, несмотря на это, его следует носить постоянно, чтобы полость хорошо сформировалась.

Извлекать его из полости рекомендуется только для того, чтобы промыть и освободить слизистую от скопившегося отделяемого, во избежание присоединения воспаления. Пока полость не сформировалась, процедуру лучше проводить два раза в день.

После извлечения протеза конъюнктиву следует промыть кипяченой водой, и освободить от отделяемого. Затем закапать в конъюнктивальную полость глазные капли: 2% раствор борной кислоты или 0,25% раствор левомицетина.

Протез также промывается кипяченой водой. После чего его можно промыть 0,05% раствором хлоргексидина водного.

Как извлекать и вставлять протез?

Извлекать протез из полости необходимо сидя за столом, покрытым мягким материалом, чтобы он не разбился и не поцарапался. Осторожно оттянув нижнее веко, поддеть искусственный глаз стеклянной палочкой и вытащить его из полости.

Вставлять протез следует так, чтобы выемка на нем соответствовала внутреннему углу верхнего века. В первую очередь протез вводится под верхнее веко, потом за нижнее.

Искусственная слеза

Во время использования пластмассового протеза конъюнктивальную полость необходимо периодически увлажнять, поскольку происходит плохое смачивание, и слизистая пересыхает, что приводит к неприятным ощущениям, резям и ощущению песка.

Для этой цели лучше всего подойдут капли для глаз: искусственная слеза. Этот препарат применяется для увлажнения оболочек глаза и представляет собой вязку прозрачную жидкость.

Препарат оказывает защитное, смягчающее и увлажняющее действие. Во время случайного попадания в протезированную полость микрочастиц мусора, трение протеза о слизистую увеличивается и вызывает неприятные ощущения. Используя искусственную слезу для глаз, можно избежать этих неприятностей.

Интраокулярные линзы (ИОЛ)

Травмы, которые приводят к потере органа зрения, могут повлечь за собой и другие осложнения. При повреждении хрусталика его приходится удалять. Если состояние глаза позволяет, после лечения имплантируют ИОЛ.

При замене поврежденного на искусственный хрусталик глаза, цена его будет зависеть от вида линзы и производителя. Разбег ценовой политики составляет от 15 000 до 84 000 рублей.

Применение новейших технологий с использованием искусственной линзы и глазного протеза позволит людям, лишившимся зрения, вновь ощутить радость жизни и заняться любимым делом. Берегите свои глаза и будьте здоровы.

Международная группа ученых из Кардиффского университета и Университета Осаки сумела вырастить многослойную ткань глаза из стволовых клеток человека. Искусственный "глаз" был пересажен кроликам, у которых искусственно вызвали роговичную слепоту. Трансплантация помогла восстановить зрение животных.

Прямо скажем, сенсация, значение которой не переоценить: слепому возвращена возможность видеть. Почки, печень, легкие пересаживаем. Потеряли счет пересаженным сердцам. И вот теперь трансплантация помогла восстановить зрение животных.

Ранее ученым уже удавалось выращивать в лабораторных условиях сетчатку и роговицу. Однако сейчас они смогли создать более сложную структуру: "скроенная" исследователями из стволовых клеток ткань состоит из хрусталика, роговицы и конъюнктивы. Источники разных тканей - клетки роговичного эпителия, которые в ходе культивации дифференцировались.

Авторы во главе с Эндрю Куантоком считают: успешно проведенные эксперименты на животных свидетельствуют о том, что искусственно выращенные ткани глаза помогут справиться со слепотой и у людей. И значит, это вопрос времени? Но сколько ждать тем, кто не видит сегодня? Год? Десятилетия? Вопрос и для специалистов, причем не только в области офтальмологии, но и смежных медицинских, да и не только медицинских. Вот такая пародксальная ситуация. Без сердца нет жизни. Если оно вышло из строя, его можно заменить донорским. Без глаз жить можно. А вот заменить?..

Инфографика "РГ" / Михаил Шилов / Леонид Кулешов

комментарий

Михаил Коновалов, руководитель офтальмологической клиники, доктор медицинских наук, профессор

Достижения наших зарубежных коллег - большой шаг вперед в развитии трансплантологии. Скажем, чаще всего сейчас возникает необходимость в пересадке роговицы. Ее не всегда удается провести вовремя из-за постоянного дефицита донорских органов, донорской роговицы, в частности. Проблема пересадки искусственного хрусталика решена более чем на 80 процентов. В будущем удастся пересаживать хрусталик, который обладает свойствами собственного хрусталика: он будет эластичен, будет менять свою кривизну в зависимости от того, куда человек смотрит. Пока это достигается за счет сложной специальной системы. Сейчас можно выращивать отдельные слои сетчатки, которая прежде всего страдает с возрастом, при врожденных аномалиях. Наши коллеги сообщают о выращивании некоторых тканей глаза: роговицы, конъюнктивы, хрусталика. Это передний отрезок глаза. И говорить о создании искусственного глаза, мягко говоря, некорректно. Вырастить его из стволовых клеток пока невозможно.

Глаз - орган сложнейший, состоящий из разных тканей. В том числе нервных. И в наше время на уровне современной науки и медицины - это главная, не решенная проблема. Человек теряет зрение при нервных сбоях. Это основная причина безвозвратной слепоты. Зрительный нерв - связующее звено между глазом (принимающее устройство), которое передает информацию по зрительным путям в головной мозг. И основная проблема пересадки глаза - состыковать нервные волокна. Научиться с помощью, может, тех же стволовых клеток, новых технологий выращивать нервную ткань глаза. Тогда-то сможем радикально помочь тем, кто обречен на слепоту.

В нашей сегодняшней статье:

Новая технология под названием бионическое позволила больным с пигментным ретинитом восстановить некоторую часть их полей зрения. Это дало возможность людям различать предметы и даже читать заголовки текста, но спокойно передвигаться по улице они пока не могут.

Ученые из университета в Калифорнии работают над улучшением данной технологии, позволяющей специфическим клеткам сетчатки преобразовывать свет в электрическую активность. Исследование было опубликовано в журнале Neuron.

Сетчатка состоит из нескольких слоев клеток. Первый слой содержит фоторецепторы, которые обнаруживают свет и преобразуют его в электрические сигналы. Пигментный ретинит приводит к снижению функции этих клеток.

Несколько видов протезов сетчатки находятся на стадии разработки. Argus II - является наиболее известным из этих устройств. В Соединенных Штатах он был одобрен для лечения пигментного ретинита в 2013 году. Он состоит из камеры, установленной на оправе очков, которая передает радиосигналы к сети электродов, имплантированных в сетчатку. Электроды стимулируют ганглиозные клетки сетчатки и показывает человеку то, что снимает камера.

«Это грандиозный успех в лечении и новый шанс для больных с пигментным ретинитом. С другой стороны, бионическое зрение все еще далеко от естественного», - объясняет профессор E.J. Chichilnisky

Современным технологиям не хватает специфики или точности воспроизведения. Хотя большая часть визуальной обработки происходит в мозге, некоторая часть её осуществляется с помощью ганглиозных клеток сетчатки, а их от 1 до 1,5 млн клеток в каждом глазе. Природное зрение, позволяющее получать более подробную информацию о форме, цвете, глубине и движении требует активации определённых клеток сетчатки в нужный момент времени.

Ученые сосредоточили свои усилия на типе ганглиозных клеток сетчатки под названием «зонт» - клетки. Эти клетки очень важны для обнаружения движения, его направления и скорости в визуальной сцене. Когда движущийся объект проходит через визуальное пространство, клетки активируют в волны через сетчатку.

Исследователи помещали в участки сетчатки 61-электроднуюе сеть и начали стимулировать её с помощью импульсов тока. Это позволило им отличать «зонт» клетки, которые имеют различные ответы, от других ганглиозных клеток сетчатки. Кроме того, ученые определили, какое количество стимуляции необходимо для активации каждой ячейки. Далее исследователи записали ответы импульсов для простого скользящего изображения - это белая полоса, проходящая на сером фоне. Наконец, они смогли воспроизводить такие же волны активности, какие производят «зонт» клетки при движущих изображениях.

«Требуется очень много работы перед разработкой готового устройства, которое смогло бы обеспечить слепого человека зрением высокого качества. Если мы сможем справиться с многочисленными техническими препятствиями, тогда мы сможем общаться с нервной системой на её родном языке и восстановить нормальную функцию глаза»,-добавил Chichilnisky.