עוד צעד בדרך לעין מלאכותית. מדענים מסין פיתחו קולטנים מיוחדים מזהב וטיטניום, שהצליחו לשקם את הראייה של עכברים עם רשתית מנוונת

מחלות ניווניות ברשתית העין פוגעות בראייה ואף עלולות לגרום לעיוורון. קולטני אור מלאכותיים על בסיס חלקיקי זהב וטיטניום הצליחו לאחרונה לשקם את הראייה של עכברים שהתעוורו עקב התנוונות של קולטני אור, ואפילו להחזיר את רפלקס התכווצות האישון בתגובה לאור. הממצאים המעודדים הללו מעוררים תקווה שבבוא היום נוכל להשתיל לאנשים תותבי ראייה שישיבו לעיוורים את מאור עיניהם.

הראייה מתחילה בקולטני אור ברשתית שממירים אור לחשמל: חלקיקי האור (פוטונים) שנקלטים בהם גורמים לשינוי במתח החשמלי שלהם, שמועבר הלאה דרך תאים נוספים ברשתית אל תאים שנקראים תאי גנגליון. משם המידע ממשיך אל המוח ומעובד למה שאנחנו תופסים כתמונה. לפיכך, ניוון ברשתית, שכרוך בנזק בלתי הפיך לקולטני האור, עלול לפגוע בראייה, עד כדי עיוורון. מחלת ניוון כתמי (מקולרי) היא הגורם הנפוץ ביותר לעיוורון אצל אנשים מעל גיל 65.

הפתרון עשוי להיות טמון בקולטני אור מלאכותיים שממירים אור לחשמל, באמצעות תופעה שנקראת האפקט הפוטו-וולטאי. הבעיה היא שאלו שקיימים כיום זקוקים לעיבוד אלקטרוני נוסף של האותות לאחר קליטת האור, דבר שמגביל מאוד את השימוש בהם בגלל הצורך להשתיל עזרים נוספים.

במחקר שפורסם בכתב העת Nature Communications פיתחו מדענים מאוניברסיטת פודאן בשנחאי קולטן אור מלאכותי שמבוסס על חוט מתחמוצת טיטניום (TiO2) מצופה בחלקיקי זהב, במטרה לשחזר את הראייה אצל עכברים עיוורים. החוטים דומים מבחינה מבנית לקולטנים – הם ארוכים וחד-ממדיים, וכן "נארזים" בצפיפות ומאפשרים להפעיל כמה קולטנים בו זמנית, בדומה לקולטנים טבעיים.

כמו כן, בניגוד להתקנים קודמים, שהפיקו תגובה עצבית ברשתית רק בתגובה לקרינה על-סגולה, שאינה נראית לעיני אדם, ציפוי הזהב של ההתקן הנוכחי מגיב גם לאור בתחום הנראה – בצבעים כחול וירוק. כיוון שעכברים אינם רואים אדום לא נעשה שימוש בצבע הזה. כך הוכח שהחוטים יכולים לתרגם קרינה אלקטרומגנטית בתחום האור הנראה לזרם חשמלי, בדומה לקולטני האור ברשתית. הניסויים הללו נעשו במערכת מלאכותית, במנותק ממערכת הראייה של עכברים וללא התאים שנמצאים ברשתית.


מיקום השתל בעין (משמאל) ומבנה הרשתית עם תאים קולטי אור (במרכז) ועם הקולטנים המלאכותיים (ימין) | מקור: מאמר המחקר

חוזרים לראות

השלב ההכרחי הבא היה לבדוק אם החוטים יכולים לתקן את הראייה של עכברים עיוורים. לצורך זה הושתלו הקולטנים המלאכותיים ברשתית של עכברים עיוורים שקולטני האור שלהם התנוונו בהנדסה גנטית. חוטי ההתקן באו במגע ישיר עם שכבות התאים ברשתית.

בהיעדר ההתקן, תאי הגנגליון ברשתית של עכברים עיוורים לא הגיבו לאור – כצפוי בהיעדר קולטני אור מתפקדים. נוכחות הקולטנים המלאכותיים גרמה להם להגיב לאור כחול וירוק, בדומה לתאים של עכברים בריאים. דפוס התגובה של תאי הגנגליון לאור דמה לזה שמאפשר ראייה תקינה.

לאחר מכן השתילו החוקרים אלקטרודות במוחם של העכברים ובדקו את הפעילות החשמלית בקליפת המוח הראייתית שלהם – האזור שבסופו של דבר מעבד מידע שמגיע מהרשתית. לעומת העכברים העיוורים, שכמעט שלא הייתה להם פעילות חשמלית, השתלת קולטנים מלאכותיים החזירה את דפוס הפעילות החשמלית התקין שקיים אצל עכברים בריאים.

לבסוף נבדק רפלקס התכווצות כיווץ האישונים בתגובה לאור. בעוד שהאישון של עכברים עיוורים כמעט לא התכווץ, משום שהם לא הבחינו באור, אצל העכברים העיוורים עם הקולטנים המלאכותיים האישונים התכווצו באופן תקין בתגובה לאור ירוק או אור על גבול העל-סגול.

אם כן, נראה שחוטי הטיטניום מצופי הזהב אכן מציעים פתרון לעיוורון עקב התנוונות של הרשתית, בזכות המבנה שלהם וציפוי הזהב. עם זאת, כיוון שההתקן אינו מבחין בין אורכי גל שונים, הוא אינו מאפשר כרגע ראיית צבע. את זה אולי אפשר יהיה להשיג אם יפותחו חוטים מסוגים שונים, שכל אחד מהם יהיה רגיש לאור באורך גל אחר. הפעילות המשותפת שלהם תאפשר ראיית צבעים.