Бионические глаза, искусственная сетчатка, вшиваемые чипы и специальные носимые устройства борются с потерей зрения — всё это уже реальность, а не сценарий фантастического фильма. А развитие вычислительной техники, 3D-печати делает эти устройства, помогающие человеку справиться с заболеваниями глаз, дешевле и удобнее. Правда, и сегодня на создание одной сетчатки глаза уходит до 50 недель и свыше $100 тыс.
Поиск цвета: антенна для визуального звука
Нил Харбиссон, музыкант и художник из Каталонии, родился с редким заболеванием — ахроматопсией, и мог видеть только в черно-белых тонах. Такой болезнью он страдал до 21 года, пока не встретил Адама Монтадона, который рассказал о своем новом проекте Eyeborg. Эта система переводит цвета в определенные звуки, чтобы человек по-новому воспринимал мир.
Монохромазия — отсутствие цветовосприятия. Является нормальным состоянием у некоторых видов животных. В случае человека монохромазия, или полная цветовая слепота, является заболеванием. Человек, страдающий ею, различает цвета только по их яркости. При этом выделяют две формы монохромазии:
- ахроматопсия, или палочковая монохромазия, при которой отсутствуют колбочки и световые волны любой длины воспринимаются как ощущение серого цвета;
- колбочковая монохромазия, при которой разные цвета воспринимаются как какой-то один цветовой тон.
В рамках программы Eyeborg Нил сам вызвался добровольцем для опыта имплантации специального чипа с антенной в затылочную кость. Харбиссон начал воспринимать окружающую цветовую палитру и идентифицировать каждый оттенок с определённой музыкальной тональностью. Теперь он даже различает инфракрасные и ультрафиолетовые оттенки, недоступные человеческому диапазону зрения.
Изначально Нил носил на себе огромную и тяжелую конструкцию весом больше 5 кг, которая еще и долго заряжалась. Теперь из затылка Нила торчит вполне компактная антенна, а обычных батареек хватает на месяц использования. Более того, он отстоял право у британских властей сфотографироваться на паспорт с выступающей из головы антенной. По словам музыканта, это устройство, позволяющее прочувствовать свет, — неотъемлемая часть его тела. Лечить зрение можно даже не прикасаясь к глазам, главное — суметь найти корректные решения для воздействия на мозг.
Бионические глаза: обращение слепоты вспять
Макулодистрофия, пигментный ретинит и наследственные заболевания глаз раньше вызывали постепенную потерю зрения или слепоту примерно у 1,5 млн человек по всему миру, теперь же успешно многие из них будут вылечены с помощью высокотехнологичных инноваций.
Макулодистрофия — общее название для группы заболеваний, при которых поражается сетчатка глаза и нарушается центральное зрение. В основе макулодистрофии лежит патология сосудов и ишемия центральной зоны сетчатки, отвечающей за центральное зрение. Возрастная макулодистрофия — одна из самых частых причин слепоты у людей старше 55 лет.
Пигментный ретинит — наследственное дегенеративное заболевание глаз, которое вызывает сильное ухудшение зрения и часто слепоту.
Argus II, разработанный компанией Second Sight, не задействует механизм работы глаз, а вместо этого мобилизует часть мозга, отвечающую за обработку визуальной информации, — зрительную кору, тем самым восстанавливая минимальное зрение. Устройство состоит из двух элементов: имплантата сетчатки и внешней системы, вмонтированной в очки камеры в комбинации с небольшим процессором. Камера записывает изображения в реальном времени, далее встроенный видеопроцессор обрабатывает и отправляет их по беспроводной сети имплантату. Подача электрических импульсов помогает мозгу воспринимать световую картину. Компания надеется, что это нововведение поможет 6 млн людей, которые имеют риск серьезных нарушений зрения из-за рака, диабетической ретинопатии, глаукомы или различного рода травм.
В 2015 году хирурги из Манчестера (Великобритания) установили первый бионический глазной имплант пациенту с диагнозом «макулодистрофия». Так, 80-летний Рэй Флинн полностью потерял зрение, а с помощью импланта сетчатки снова смог различать формы на экране компьютера. Имплант пока не может обеспечить высокодетальное зрение, но помогает пациентам распознавать четкие узоры и объемные фигуры.
Цифровые контактные линзы и 3D-биопринтинг
3D-биопринтинг — технология создания объемных моделей на клеточной основе с использованием 3D-печати, при которой сохраняются функции и жизнеспособность клеток. У 3D-печати действительно большие перспективы использования в офтальмологии. Она позволяет экономично проектировать и изготавливать глаукомные клапаны, контактные линзы и интраокулярные импланты. Биопечать открывает новые возможности для трансплантации: печать жизнеспособных тканей приведет в итоге к созданию функционирующей роговицы, а затем и сетчатки. Также важно, что в формате 3D можно печатать анатомические модели и использовать в качестве наглядных пособий для медицинских работников, проводить более точную диагностику, лечение и обучение как пациентов, так и их семей.
Пока инновационные решения позволяют человеку различать лишь контуры и формы предметов, но ученые прогнозируют, что в ближайшем будущем качество изображения улучшится и станет детальнее. Будут совершенствоваться и носимые компоненты системы, превращающей людей в киборгов, — сейчас она состоит из множества составляющих (камеры, очки, кабели), что не совсем удобно. Скоро мы увидим, как чипы без внешних вспомогательных элементов максимально комфортно входят в жизнь людей.
Искусственная сетчатка
Исследователи из Тель-Авивского университета, Еврейского университета в Иерусалиме и Ньюкаслского университета создали рабочий прототип искусственной сетчатки глаза, которая поможет в лечении ряда заболеваний глаз, в том числе возрастной макулярной дегенерации.
Искусственная сетчатка для глаз изготовлена из полупроводниковых наностержней и углеродных нанотрубок, обеспечивающих гибкость, свойственную естественной форме глаза. В ходе ранних испытаний было выявлено, что искусственная сетчатка вызывает реакцию на свет у животных, которые не были чувствительны к свету.
В лаборатории геномной инженерии МФТИ вырастили десятки тысяч искусственных сетчаток, чтобы на основе машинного обучения создать систему, способную самостоятельно отбирать и выращивать ткани для трансплантации. В основе системы — ИИ распознавания изображений. Сейчас процесс создания искусственной сетчатки стоит около $100 тыс. и занимает от 30 до 50 недель. Разработка российских ученых — это маленький шаг в будущее, но время и стоимость этой технологии сократятся вдвое.
Микроиголки как способ доставки лекарства
Даже если глазные капли не смылись сразу, их всасываемость не превышает 5%. Еще 10 лет назад в топ трендов для лечения глаукомы, катаракты и сухости глаз входили контактные линзы с витамином Е. Природный элемент блокирует ультрафиолетовый свет, не снижая прозрачность линзы, и полезен для профилактики заболеваний. Подразумевалось, что линзы с этим нутрицевтиком продлят доставку препарата к глазу, уменьшат системное всасывание и, следовательно, снимут с повестки проблему побочных эффектов антиглаукомных препаратов, а носить такие линзы можно будет до 30 дней. Ученые уже тогда понимали, что лечение станет эффективнее, если облегчить и процесс введения препарата — только половина пациентов соблюдает протокол ежедневного введения лекарств при глаукоме.
Спустя 10 лет при многих глазных заболеваниях лучшим средством остается применение лекарств непосредственно в глаза. Группа исследователей из Сингапура создала гибкую полимерную накладку с закрепленным на ней набором микроигл с функцией резервуаров. Проникая внутрь глаза благодаря двухслойной структуре, микроиглы вводят несколько лекарственных веществ одновременно. Серия in vitro и in vivo экспериментов подтвердила эффективность и безопасность: через пять дней площадь неоваскуляризации снизилась на 90% с двухслойной структурой микроигл и на 44% с быстро растворяющимися обычными микроиглами. Видимого результата не дало только применение глазных капель с тем же лекарственным веществом.
Исследователи из Университета Georgia Tech & Emory работают над микроиголками для безопасного и эффективного лечения. Новые технологии уменьшают размеры игл и варьируют площадь нанесения, тем самым упрощая процесс введения лекарства. Уже сейчас ясно, что накладки с микроиглами окончательно «победят» глазные капли — уже от одного применения пациент получит более длительный эффект.
Киборгизация неизбежна, и ее наступление предсказал еще британский физик Джон Десмонд Бернал в книге 1929 года «Мир, плоть и дьявол». Киборгизация пугает ровно до тех пор, пока жизнь не предоставляет повода с ней столкнуться лично: для людей с ограниченными возможностями это эффективный инструмент вернуть качество жизни и некоторые функции. Как в случае с Нилом Харбиссоном. Эмоции людей, обретших зрение вновь, вдохновляют ученых на покорение новых вершин технологий.