Протезирование сетчатки глаза
Наиболее актуальными и очень важными проблемами современной офтальмологии являются слабовидение и слепота. Статистика ВОЗ указывает, что на сегодняшний момент более 36 млн. человек в мире полностью слепы. Но, благодаря инновационным технологиям, применяемым в микрохирургии глаза и достижениям науки (микро- и наноэлектроника и фотоника), слепые пациенты получили возможность вновь обрести зрение. Это становится реальностью после имплантации новых зрительных протезов, которые представляют собой оптоэлектронные устройства, берущие на себя функции зрительного анализатора.
Подобные устройства весьма актуальны при тяжелых дегенерациях сетчатки — ее пигментной абиотрофии, хороидеремии, атрофической форме ВМД, врожденном амаврозе Лебера и пр.
Об устройствах
Обычно протезы сетчатки включают три основных компонента: фотоэлектрический преобразователь для считывания зрительной сцены; электронику (внешнюю, внутреннюю), которая обрабатывает полученную информацию; электроды, стимулирующие нервные окончания (сетчатки, зрительного нерва, коры головного мозга) посредством электрических импульсов для появления у слепого зрительных ощущений. Существует несколько подходов к имплантации подобных устройств, которые подразделяются в соответствии с локализацией стимулирующих электродов: эпиретинальный, субретинальный, периневральный, супрахороидальный, кортикальный, таламический.
Первопроходцем в разработке устройств искусственного зрения принято считать W. Dobelle. Именно он предложил для устранения слепоты прибегнуть к методу стимуляции зрительной коры головного мозга имплантируемыми электродами, которые подключены к видеокамере. Включив имплантат, человек получал возможность воспринимать фосфены — зрительные ощущения и даже читать крупные буквы.
Научная группа, возглавляемая М. Humayun, предложила в США кардинально отличный способ борьбы со слепотой. Ими была разработана и успешно протестирована на больных пигментным ретинитом технология прямой стимуляции сетчатки посредством имплантации планарных микроэлектродов. Наилучший полученный в ходе исследований результат — острота зрения 1,8 logMAR (0,016).
Современные модели имплантатов
В настоящее время эта технология воплощена в эпиретинальном имплантате Argus II. В 2013 году он был одобрен FDA как перспективное доступное по стоимости устройство. Система Argus была признана коммерчески успешной, что стимулировало серьезный интерес ученых к технологиям и устройствам по возвращению зрения.
Еще одним доступным по стоимости внутриглазным протезом стал субретинальный имплантат Alpha IMS (AMS). Его автор Е. Zrenner, предусмотрел в новом имплантате конструктивное отличие от предыдущей модели — субретинальные микро фотодиоды, которые принимают на себя функции фоторецепторов. Это дает возможность пациенту сканировать окружающее пространство движением глаз, не задействую голову и шею, как приходится с Argus II. Ведь в той модели, функцию видеопреобразователя выполняет внешняя видеокамера, которую прячут в дужку очков.
У пациентов с Alpha IMS наивысшая острота зрения составила 1,43 logMAR (0,037, тест с кольцами Ландольта на расстоянии 60 см). в 2013 году,новый имплантат был одобрен для использования в европейских странах и получил маркировку СЕ. Спустя три года была запущена в производство его улучшенная версия — Retina Implant AMS.
Intelligent Medical Implant (IMI) – третье доступное для имплантации внутриглазное устройство, возвращающее утраченное зрение. Это эпиретинальный протез – детище научной группы, возглавляемой G. Richard. Его основное отличие от двух вышеназванных — «симулятор сетчатки», для автоматической оптимизации процесса зрения. Люди с имплантированной системой IMI могут различать простые формы (крест, горизонтальные и вертикальные линии). В 2016 году улучшенная модель IMI , эпиретинальный протез IRISTM получил одобрение (СЕ) для широкого клинического применения в европейских странах.
Коммерческий успех разработанных протезов заставил специалистов заниматься разработкой и совершенствованием зрительных протезов с новой энергией и вложением средств.
Сегодня можно с уверенностью сказать, что давняя мечта человечества, восстановление утраченного зрения, которая занимает умы ученых и практикующих врачей, — близка к осуществлению в самом недалеком будущем. Сейчас уже не кажутся фантастическими понятия «искусственный глаз», «искусственное зрение», «искусственная сетчатка».
Правда, вопреки распространенному заблуждению, уже созданные зрительные имплантаты не способны заменить сетчатку полностью. Они лишь стимулируют ее работу, а функции фоторецепторов принимает на себя электроника. Именно поэтому, если человек потерял зрение из-за процессов дегенерации сетчатки, установка имплантата, полноценного зрения не вернет. Однако, он получит возможность воспринимать окружающую среду посредством вспышек, искр, светящихся точек. Кроме того, производимые зрительные имплантаты помогают ослепшим людям читать крупные буквы, играть в баскетбол, стрелять по мишеням и еще очень многое.
Достижения современной электроники и тесное сотрудничество врачей, физиков, нейрофизиологов, инженеров, математиков, программистов и огромного числа смежных специалистов позволяют офтальмологам возвращать возможность видеть окружающий мир, казалось бы, в самых безнадежных случаях.
Источник
Не в бровь, а в глаз
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.
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.
Источник
Про зрение: в России вырастили клетки сетчатки, встраивающиеся в глаза
Ученые МФТИ в сотрудничестве с исследователями Гарварда вырастили клетки сетчатки, которые способны врастать в глаза. Это первая в мире успешная попытка трансплантации ганглионарных клеток (нейроны сетчатки, которые разрушаются при глаукоме), полученных из стволовых клеток в лабораторных условиях. Далее выращенные клетки нужно будет трансплантировать в сетчатку. Ученые проверили технологию на мышах и удостоверились в успешном встраивании клеток и их выживании на протяжении года. В дальнейшем исследователи планируют создать специализированные банки клеток, которые позволят индивидуально подбирать терапию для каждого пациента.
Операция «Трансплантация»
Первую в мире успешную попытку выращивания и трансплантации ганглионарных клеток сетчатки из стволовых произвели ученые лаборатории геномной инженерии МФТИ в сотрудничестве с исследователями Гарвардской медицинской школы. Ганглионарные клетки ответственны за передачу зрительной информации, и именно они повреждаются при глаукоме. Ученым удалось не только вырастить нейроны (ганглионары считаются специализированными нейронами), но и трансплантировать их в глаза мышей, добившись правильного врастания искусственной ткани сетчатки. Как известно, без лечения развитие глаукомы может привести к необратимому повреждению части зрительного нерва и, как следствие, потери части визуального поля. Прогрессируя в течение долгого времени, эта болезнь может привести и к полной слепоте.
Клетки сетчатки были выращены в специальных органоидах, ткань формировалась в пробирке, рассказал «Известиям» младший научный сотрудник лаборатории геномной инженерии МФТИ Евгений Кегелес. Потом эти клетки пересадили мышам, которые были распределены в несколько групп.
— Были мыши с моделью глаукомы, мыши с повышенным внутриглазным давлением и те, у которых были удалены собственные ганглионары, — отметил Евгений Кегелес. — Были также новорожденные мыши: мы проверяли гипотезу более успешной приживаемости молодых ганглионарных клеток в формирующейся сетчатке. В результате оказалось, что клетки встроились и прорастили аксоны, которые позволят связать глаз с мозгом. Улучшенная выживаемость клеток у новорожденных мышей дает нам перспективное направление для поиска наилучшего микроокружения.
По словам Евгения Кегелеса, эти клетки успешно просуществовали внутри сетчатки 12 месяцев, что является серьезным сроком для такого исследования. Ученым удалось убедиться, что они получают зрительные сигналы, однако то, что клетки передают сигналы в мозг, со стопроцентной уверенностью утверждать пока нельзя.
— Мы точно знаем, что выращенные клетки встраиваются куда надо, протягивают аксоны в мозг, но их функциональность оценить пока невозможно, — объяснил Евгений Кегелес. — Это связано с тем, что до сих пор нам не удалось вырастить большое количество клеток. Это вопрос ближайших лет.
По его словам, исследователям нужен год, чтобы они смогли оценить функциональность клеток на мышиных моделях. В течение этого времени можно будет получить доказательство, что клетки не просто правильно встроены в структуру глаза, а они именно «видят».
Клеточный банк
Сейчас мышиные клетки сетчатки удается вырастить примерно за 21 день. В случае человека это будет от 50 до 100 дней, говорят ученые МФТИ.
Однако, скорее всего, человеку с глаукомой, готовящемуся к трансплантации, не нужно будет выращивать ткань сетчатки из собственных стволовых клеток. Так как глаз является иммунопривилегированным органом, где отторжения редки, возможно создать банк клеток для таких пациентов. Там будут размещены или выращенные клетки сетчатки от универсального донора, или из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Это значит, что можно будет заранее вырастить клетки, заморозить их и, когда пациент с глаукомой обратится за помощью, подобрать для него наилучший клеточный вариант для трансплантации.
Впоследствии эту технологию можно будет применять и для лечения других заболеваний глаз, например дистрофии сетчатки. Однако выращивать придется другие клетки.
— Нобелевскую премию за индуцированные плюрипотентные стволовые клетки дали почти 10 лет назад, в 2012 году, — отметил руководитель лаборатории геномной инженерии Павел Волчков. — Так называемый хайп, когда буквально все научные коллективы считали своим долгом заниматься этой тематикой, давно угас. Сейчас настало время не просто слов, а реальных технологий на основе iPS (искусственные плюрипотентные стволовые клетки человека. — «Известия»). И именно к таким технологиям относится исследование по трансплантации ганглионаров сетчатки. Это возможность показать, что стволовые клетки реально можно применить на практике, с их помощью можно что-то исправить. Хотя эта работа еще не доведена до клиники, но она уже в нескольких шагах от реальной пересадки с целью лечения глаукомы.
Учитывая большой опыт экспериментальных работ мировых ученых и активное изучение вопроса заместительной клеточной терапии в офтальмологии, в дальнейшем метод может привести к прорыву в диагностике и лечении глаукомы, считает заведующая отделением офтальмологии ФГБУ НМИЦО ФМБА России, действительный член Европейского общества катарактальных и рефракционных хирургов (ESCRS), член Российского общества офтальмологов Ника Тахчиди.
— В ряде зарубежных работ показано, что введенные клетки встраиваются в сетчатку и частично дифференцируются в клетки сетчатки. В настоящее время описаны и обсуждаются два основных механизма действия клеток in vivo и in vitro. Замещающая терапия — когда клетки, образующиеся в результате дифференцировки введенных стволовых клеток, «включаются» в восстанавливаемую ткань. «Эффект стороннего наблюдателя» — когда вводимые стволовые клетки оказывают противовоспалительное, трофическое или иммуномодулирующее действие на восстанавливаемую ткань. Однако, несмотря на прорыв в изучении морфофунциональных свойств стволовых клеток, обеспечить гарантированное послойное замещение культивированными клетками поврежденных участков сетчатки при использовании практикуемых методов введения на сегодняшний день невозможно, что и подтверждается рядом экспериментальных работ, — сказала Ника Тахчиди.
Впрочем, многие ученые в мире сейчас работают в этом направлении, пытаясь создать клеточную терапию лечения атрофии зрительного нерва, дистрофии сетчатки и глаукомы, отметила заведующая отделением офтальмологии клинико-диагностического центра «Медси», врач-офтальмолог Ирина Евсегнеева.
— Но никаких данных на сегодняшний день о том, что пересаженные клетки передают изображение, нет. Любая идея, как это сделать, заслуживает внимания, — сказала она.
По оценке ученых МФТИ, на доведение технологии до применения в лечебной практике уйдет примерно 10 лет.
Источник