درک کاهش بینایی و نوآوری در ایمپلنت های شبکیه برای بازگرداندن بینایی

درک کاهش بینایی و تلاش برای یافتن راه‌حل‌ها

میلیون‌ها نفر در سراسر جهان به دلیل تخریب سلول‌های فوتورسپتور در شبکیه چشم از کاهش بینایی و نابینایی رنج می‌برند. این سلول‌های تخصصی، نقش کلیدی در تبدیل نور مرئی به سیگنال‌های الکتریکی ایفا می‌کنند. سیگنال‌ها از طریق عصب بینایی به مغز منتقل شده و امکان دیدن را فراهم می‌آورند. زمانی که به دلیل بیماری‌های ژنتیکی، عارضه یا آسیب، این سلول‌ها از بین می‌روند، غالباً کاهش شدید بینایی یا نابینایی کامل رخ می‌دهد. توسعه پروتزهای پیشرفته شبکیه یکی از اهداف مهم برای محققانی است که در پی بازگرداندن بینایی به افراد مبتلا به این اختلالات هستند.

ایمپلنت‌های جدید شبکیه: گامی فراتر از فناوری‌های سنتی

پژوهشگران دانشگاه فودان چین با طراحی ایمپلنت‌های شبکیه نوآورانه، گام بزرگی در زمینه بازسازی بینایی برداشته‌اند. این ایمپلنت‌ها علاوه بر جایگزینی سلول‌های فوتورسپتور از دست رفته، امکان مشاهده نور مادون قرمز را نیز برای حیوانات آزمایشگاهی (مخصوصاً موش‌ها و ماکاک‌ها) فراهم کردند؛ موضوعی که باعث گسترش طیف بینایی فراتر از محدوده طبیعی می‌شود. این پیشرفت نسبت به نسل قبلی پروتزهای شبکیه، که اغلب با تجهیزات حجیم خارجی و عملکرد محدود همراه بودند، ارتقا چشمگیری محسوب می‌شود.

محدودیت‌های پروتزهای قبلی شبکیه

ایمپلنت‌های سنتی شبکیه معمولاً با آرایه‌هایی از الکترودها کار می‌کردند. این الکترودها با تحریک الکتریکی نورون‌های باقیمانده شبکیه، عملکرد فوتورسپتورها را تقلید می‌کردند. کاربران این سیستم‌ها مجبور بودند عینک‌هایی با دوربین به همراه داشته باشند تا اطلاعات تصویری جمع‌آوری شده و به ایمپلنت منتقل شود. اگرچه این دستگاه‌ها بینایی نسبی را بازمی‌گرداندند، اما مشکلاتی مانند حجم زیاد، نیاز به منبع تغذیه خارجی، وضوح پایین تصویر و جراحی‌های تهاجمی، استفاده از آن‌ها را محدود می‌کرد و بسیاری از این سیستم‌ها از خدمات بالینی کنار گذاشته شدند.

نوآوری با مواد فتوولتائیک

برای دستیابی به راه‌حلی کارآمدتر و کم‌تهاجمی‌تر، تیم دانشگاه فودان مطالعات گسترده‌ای روی شبیه‌سازی مواد انجام داد. هدف آن‌ها یافتن ماده‌ای بود که بتواند بدون نیاز به منبع انرژی خارجی، جریان الکتریکی حاصل از طیف گسترده نور را تولید کند. نتیجه تحقیقات انتخاب عنصر کمیاب تلوریوم بود که خواص فلزی و غیر فلزی را توامان دارد. با استفاده از نانو-سیم‌های تلوریوم، توری ظریفی ساخته شد تا در ایمپلنت‌های شبکیه آزمایشی مورد استفاده قرار گیرد. این روش فتوولتائیک امکان تبدیل مستقیم نور مرئی و مادون قرمز به سیگنال‌های عصبی را میسر می‌سازد.

دستاوردهای آزمایشی: بازگردانی و تقویت بینایی در مدل‌های حیوانی

ایمپلنت توری تلوریوم نخستین بار روی موش‌هایی با نقص ژنتیکی که منجر به نابینایی ارثی می‌شد، آزمایش شد. این ایمپلنت‌ها دقیقاً در محل تماس لایه فوتورسپتورها و اپی‌تلیوم رنگدانه‌ای شبکیه قرار گرفتند تا اتصال عصبی موثر حاصل شود. مطالعات بی‌خطری زیستی کامل نشان داد که ایمپلنت منجر به واکنش ایمنی یا رد پیوند قابل توجهی نشد.

آزمایش‌های رفتاری و شواهد بازگشت بینایی

برای بررسی اثر ایمپلنت در بازگشت دید، تیم پژوهشی موش‌ها را در آزمون‌های رفتاری متعدد قرار دادند. در اولین آزمایش‌ها، انقباض مردمک چشم در پاسخ به نور مورد بررسی قرار گرفت و موش‌های نابینا با ایمپلنت واکنشی مشابه حیوانات سالم نشان دادند. در چالش‌های رفتاری پیچیده‌تر، موش‌ها باید برای گرفتن پاداش آب، به تغییر شرایط نوری واکنش می‌دادند. موش‌های مجهز به ایمپلنت موفقیت بالای 85 درصد داشتند که تقریباً به سطح حیوانات سالم (98 درصد) نزدیک بود و بسیار بهتر از موش‌های نابینای درمان‌نشده عمل کردند.

بینایی مادون قرمز: گسترش طیف حسی

یکی از یافته‌های جالب این مطالعات، واکنش موش‌های ایمپلنت‌شده به نور مادون قرمز بود—بخشی از طیف نوری که برای موش‌ها و انسان‌ها نامرئی است. در آزمایش‌های رفتاری با نور مادون قرمز، گروه کنترل عملکردی تصادفی داشت اما موش‌های ایمپلنت‌شده عملکرد موفق بالایی نشان دادند. آنان قادر به موقعیت‌یابی منبع نور مادون قرمز و تشخیص اشکال هندسی گوناگون بودند که بر توانایی واقعی درک این طیف نوری دلالت داشت.

آزمایش‌های اولیه روی نخستی‌ها و پتانسیل ترجمه به انسان

تیم پژوهشی برای نزدیک شدن به کاربرد بالینی، ایمپلنت‌های تلوریومی را در ماکاک‌های سالم (که ساختار بینایی مشابهی با انسان دارند) آزمایش کرد. این جانوران علاوه بر حفظ وضوح طبیعی بینایی، توانایی تشخیص نور مادون قرمز را نیز بدون اختلال در عملکرد عادی به دست آوردند که آینده‌ای نویدبخش برای کاربرد انسانی را نشان می‌دهد.

چالش‌های اساسی: حساسیت، سازگاری و ریسک‌های جراحی

با وجود این موفقیت‌ها، چالش‌هایی همچنان باقی مانده است. به اذعان پژوهشگران فودان، حساسیت شبکه‌های نانو-سیم تلوریومی کمتر از سلول‌های طبیعی فوتورسپتور است و این موضوع کیفیت کلی بازسازی بینایی را محدود می‌کند. همچنین ارزیابی دقیق تجربه بینایی ذهنی در حیوانات دشوار است و عملکرد در آزمایش‌های رفتاری لزوماً کیفیت ادراک را بازتاب نمی‌دهد.

همچنین موش‌های ایمپلنت‌شده برای تفسیر سیگنال‌های جدید به دوره‌ای برای سازگاری نیاز داشتند—مشابه آنچه در بیماران انسانی با پروتزهای قبلی دیده شده است. وظایف تشخیص تصویری در این مطالعات با تابش لیزر انجام شد، و هنوز روشن نیست که ایمپلنت‌ها در شرایط نوری روزمره چه عملکردی خواهند داشت.

ریسک‌های جراحی ایمپلنت

فرایند جراحی برای کارگذاری توری تلوریوم با جدا کردن موضعی شبکیه و ایجاد برش‌های کوچک همراه است. این کار در چشم‌های آسیب‌دیده یا شکننده، می‌تواند منجر به فیبروز و ایجاد اسکار شود. ادواردو فرناندز، زیست‌مهندس اسپانیایی، ضمن اشاره به این ریسک‌ها، رویکرد پژوهشگران فودان را «امیدبخش» توصیف کرد. هم‌اکنون مطالعات بلندمدت ایمنی در نخستی‌ها و بهینه‌سازی اتصال ایمپلنت به بافت شبکیه در جریان است.

مسیر آینده: چشم‌انداز بینایی بیونیک و تقویت شده

ادغام موادی مانند نانو-سیم‌های تلوریوم در پروتزهای شبکیه می‌تواند حوزه درمان نابینایی و بازگرداندن بینایی را متحول کند. بهره‌گیری از اثر فتوولتائیک، امکان بازگرداندن بینایی به مبتلایان به بیماری‌های شبکیه و همچنین گسترش قابلیت‌های بینایی مانند دید مادون قرمز را فراهم می‌سازد—بعدی که تاکنون برای انسان‌ها غیرممکن بوده است. هرچند ایمپلنت‌های پزشکی عملی همچنان نیازمند مطالعات بیشتر هستند، پژوهش‌ها برای غلبه بر چالش‌هایی نظیر حساسیت، ایمنی جراحی و سازگاری ادراکی ادامه دارد.

جمع‌بندی

پژوهش‌های نوآورانه دانشگاه فودان نقطه عطفی در فناوری‌های بینایی بیونیک و درمان بیماری‌های شبکیه محسوب می‌شود. اعطای مجدد بینایی پایه و حساسیت به نور مادون قرمز به مدل‌های حیوانی نابینا و سالم، پتانسیل تحول‌آفرین نسل آینده ایمپلنت‌های شبکیه را نشان می‌دهد. با وجود چالش‌های موجود در زمینه حساسیت و ریسک‌های جراحی، پیشرفت‌های پیوسته، آینده‌ای روشن را برای بازگرداندن بینایی و ارتقای قابلیت‌های حسی بیماران در سراسر جهان نوید می‌دهد.