Как создают имплантат для слепых

Вы видите этот текст? Тогда вам повезло. Не у каждого есть такая возможность. Восстановление утраченного зрения — инженерно-медицинская задача, над которой работают более 100 научных групп в мире. Несмотря на возможные осложнения и лишь частичное восстановление зрения, слепой человек все равно говорит «да» операции по имплантации искусственного глаза. О возможностях зрительных имплантов рассказывают сотрудники лаборатории нанобиотехнологий Академического университета Марина Лобанова и Даниил Ступин.

— Почему вас заинтересовали исследования в области бионического зрения?

Марина Лобанова: Я — врач-офтальмолог. И мне не передать каково это, снова и снова разводить руки перед людьми, теряющими или уже потерявшими зрение: «Наука еще не придумала способа помочь вам». Поэтому еще в 2011 году, когда училась на кафедре офтальмологии в Первом меде (СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова — прим. ред.) и узнала о возможности восстановления зрения при помощи бионических имплантов, я стала изучать эту область. Впоследствии к моей работе присоединился Даниил.

— Какие сложности возникают при совместной работе физиков, инженеров и врачей?

Даниил Ступин: Самое сложное — понять друг друга. Физика и медицина отличаются друг от друга не только содержанием, но и подходами, логическими рассуждениями и даже языком. Недаром, Жорес Алферов, когда организовал лабораторию нанобиотехнологий, поставил нам задачу — «поженить физику и медицину».

Марина Лобанова: Хоть и с большим трудом, нам с Даниилом удается понимать области интересов друг друга. Даниил Ступин: Изготовление зрительных протезов не относится к архисложным задачам. Достаточно иметь эпитаксиальную установку и литографическое оборудование. Марина Лобанова: А любой хирург-офтальмолог, владеющий техникой работы с сетчаткой, может установить имплант. Теперь наша проблема — отсутствие команды, готовой развивать идею искусственного зрения в России.

— Сколько времени потребуется на воплощение вашей разработки?

Марина Лобанова: Пионеру в области искусственного зрения, разработчику системы Argus II Марку Хьюмаюну понадобилось 20 лет, чтобы создать работающий прототип. Думаю, нам с Даниилом понадобится примерно столько же. Даниил Ступин: Я думаю, даже меньше. Ведь мы уже знаем, какие бывают импланты, знаем их достоинства и недостатки, и, самое главное, знаем, что искусственное зрение — это реальность.

— Возможно ли с помощью протезов вернуть зрение слепым от рождения людям?

Марина Лобанова: Увы, зрение можно вернуть лишь тем взрослым, кто его потерял. Пока что системы типа Argus II применяются при дегенеративных заболеваниях сетчатки. Пациентам, потерявшим зрение вследствие других причин, например, после травмы или при глаукоме, потребуются импланты, стимулирующие головной мозг, а это уже гораздо сложнее.

— В чем заключается принцип работы импланта?

Даниил Ступин: Задача зрительного импланта — переложить функции погибших клеток сетчатки на плечи электроники. Так, дегенеративные заболевания характеризуются гибелью фоторецепторов — клеток, которые ответственны за преобразование света в нервные электрические импульсы. Что, если заменить фоторецепторы на видеокамеру? Зрительные импланты так и работают: считывают сцену с помощью видеокамеры и стимулируют сетчатку, имитируя поведение фоторецепторов. Безусловно, современные протезы было бы невозможно создать без достижений в областях микро- и наноэлектроники и фотоники. Марина Лобанова: А также без совершенствования техник микрохирургии глаза.

— В чем преимущества Argus II?

Даниил Ступин: Система Argus II не самый совершенный зрительный протез. Например, система Alpha AMS обеспечивает самое острое зрение среди всех имплантов. Тем не менее разработчики Argus II позаботились о многих дополнительных функциях импланта. Например, он устойчив к МРТ, защищен от перегрева, из 60 стимулирующих электродов пять — запасные и активируются только при выходе из строя основных. Также пациент защищен от перехвата визуальной конфиденциальной информации, а сведения о диагностике импланта и сетчатки доступны лечащему врачу.

— Как долго человек может пользоваться имплантом?

Даниил Ступин: В литературе, как правило, не приводятся данные о выходе из строя зрительных имплантов. Были исследования в которых имплант специально устанавливался только на месяц (система Epi-Ret). Марина Лобанова: А первую установку прототипа системы Argus провели 17 лет назад.

— Каким же все-таки видит мир человек с Argus II?

Марина Лобанова: Представьте, что смотрите в подзорную трубу. При этом вместо постоянного изображения «видите» вспышки, искры (так называемые фосфены).Окружающее пространство приходится «сканировать», чтобы определить, где находится окно или дверь, где расположены источники света, яркие контрастные предметы.

— Почему не удается добиться полноценной картины?

Марина Лобанова: Угол обзора зависит от того, какую площадь сетчатки занимает устройство. Для нормального обзора стимулирующие элементы должны покрыть всю сетчатку площадью 20 мм². Однако безопасный хирургический разрез склеры всего 5 мм, что сильно затрудняет установку импланта. Самый большой имплант (1 см²) был установлен при помощи самораскручивающегося механизма, но и он обеспечил лишь треть от нормального угла обзора. Даниил Ступин: Наилучшее разрешение — 1500 стимулирующих элементов — на сегодняшний день обеспечивает система Alpha AMS. Это, конечно, намного меньше количества фоторецепторов у здорового человека. Пытаясь увеличить число стимулирующих элементов, мы сталкиваемся с проблемой передачи большего объема данных. На мой взгляд, очень перспективна оптическая передача данных с помощью полупроводниковых лазеров, например как в системе Photovoltaic Retinal Prosthesis.

— Как пациенты реагируют на такие особенности нового зрения?

Марина Лобанова: Необходимо заново научиться «видеть» и правильно интерпретировать увиденное. После установки импланта пациенты обязательно проходят курс обучения и тренировки, они могут длиться несколько месяцев. В любом случае, человек, который не видел ничего, будет счастлив вновь обрести способность отличать день от ночи, ориентироваться в пространстве, различать крупные буквы и предметы.