Протезирование сетчатки

Слепота и слабовидение являются важными и актуальными проблемами современной медицины. По данным ВОЗ, на 2017 год в мире насчитывается 36 млн полностью слепых людей. Однако, благодаря последним достижениям в области нейрофизиологии микрохирургии глаза, а также интегральной микро- и наноэлектроники и фотоники, стало возможным восстанавливать зрение у слепых пациентов с помощью зрительных протезов - оптоэлектронных устройств, заменяющих функции зрительного анализатора. Данные разработки нашли применение при дегенеративных заболеваниях сетчатки, в частности, при пигментной абиотрофии сетчатки, хороидеремии, врожденном амаврозе Лебера, атрофической форме возрастной макулярной дегенерации и т. д. 

Зрительные протезы, как правило, состоят из трех основных компонентов: фотоэлектрического преобразователя, который считывает зрительную сцену; внешней и внутренней электроники, предназначенных для обработки информации; массива электродов, который с помощью электрических импульсов стимулирует нервные клетки сетчатки, зрительного нерва, либо коры головного мозга, вызывая тем самым появление зрительных ощущений у слепого человека. В зависимости от места расположения массива стимулирующих электродов можно выделить следующие подходы к имплантации: эпиретинальный, субретинальный, супрахороидальный, периневральный, таламический и кортикальный.

Пионером в области искусственного зрения можно по праву считать W. Dobelle, который предложил для лечения слепоты стимулировать зрительную кору головного мозга при помощи имплантируемого массива электродов, подключенного к видеокамере. При включенном импланте пациент воспринимал зрительные ощущения в виде фосфенов и мог читать крупные буквы.

Принципиально другой способ восстановления утраченного зрения был продемонстрирован научной группой под руководством М. Humayun в США. Авторами была предложена и успешно апробирована концепция прямой стимуляции сетчатки с помощью массива планарных микроэлектродов у пациентов с пигментным ретинитом. Наилучшим результатом была острота зрения 1,8 logMAR (0,016). Сегодня идея М. Humayun воплощена в коммерчески доступном эпиретинальном импланте Argus II, который в 2013 г. получил одобрение FDA. Успех системы Argus продемонстрировал перспективность протезирования сетчатки и во многом стимулировал широкий интерес ученых к проблеме восстановления утраченного зрения.

Другим коммерчески доступным зрительным протезом является субретинальный имплант Alpha IMS (AMS), разработанный Е. Zrenner et al.. Отличительная черта конструкции данного устройства заключается в использовании субретинального массива микро фотодиодов, имитирующих функции фоторецепторов. Таким образом, пациент может сканировать зрительную сцену привычным движением глаз, а не головы, как в системе Argus, где в качестве видео преобразователя используется внешняя видеокамера, установленная на дужке очков. Максимальная острота зрения у пациентов с установленным имплантом Alpha IMS составила 1,43 logMAR (0,037, тест с кольцами Ландольта на расстоянии 60 см). Система Alpha IMS получила маркировку СЕ для коммерческого использования в странах Европы в 2013 г., а через три года была одобрена для коммерческого использования усовершенствованная версия импланта - Retina Implant AMS.

Еще одним коммерчески доступным на сегодняшний день зрительным протезом является эпиретинальный имплант Intelligent Medical Implant (IMI), разработанный научной группой под руководством G. Richard. Отличительной чертой импланта IMI является использование при обработке зрительной сцены «симулятора сетчатки», который оптимизирует процесс стимуляции автоматически. Во время работы импланта пациенты способны различать простые формы, такие как вертикальные и горизонтальные полосы и фигура креста. Улучшенный вариант данного импланта - IRISTM -в 2016 г. получил маркировку СЕ для коммерческого использования.

На сегодняшний день уже более сотни научных групп занимаются разработкой и совершенствованием зрительных протезов.

Подводя итог, можно сделать вывод о том, что восстановление утраченного зрения - давняя мечта человечества, волнующая разум ученых и сердца людей, - в ближайшем будущем близка к осуществлению. Несмотря на многие технические трудности, понятия «искусственное зрение», «искусственный глаз» и «искусственная сетчатка» уже не кажутся невероятными.

Однако вопреки распространенному заблуждению, существующие в настоящее время зрительные импланты не заменяют сетчатку полностью, а лишь помогают ее работе, перекладывая функции фоторецепторов на плечи электроники. Таким образом, пациенту, ослепшему в результате ряда дегенеративных заболеваний сетчатки, после установки импланта не возвращается полноценное зрение, но появляется способность воспринимать окружающий мир в виде вспышек, искр и светящихся точек. Тем не менее современные зрительные импланты уже позволяют полностью слепым людям читать крупные буквы, стрелять из лука и даже играть в баскетбол. Для будущих свершений на пути создания настоящего искусственного глаза человека необходима дальнейшая совместная работа врачей, инженеров, физиков, нейрофизиологов, математиков, программистов и многих других смежных специалистов.