جهاز ميكروإلكترود مع خلايا تشبه المستقبلات الضوئية من الخلايا الجذعية ينشط شبكية العين بشكل طبيعي ويحافظ على انتقائية التشغيل/الإيقاف – أمل جديد لمرضى AMD و RP.
هل نحن في طريقنا إلى عالم خالٍ من العمى؟ تشير التطورات الطبية الحيوية الجديدة إلى مستقبلٍ ستحل فيه الغرسات محل مستقبلات الضوء التي تتدهور مع التقدم في السن.
يقول البروفيسور يوسي مندل، رئيس مختبر علوم وهندسة الرؤية في جامعة بار إيلان: "البصر هو أهم حاسة للإنسان، وحوالي 90% من المعلومات التي نكتسبها تأتي من حاسة البصر". ويضيف: "ليس من قبيل الصدفة أن تربط العديد من التعبيرات البصر بالحكمة والفهم، على سبيل المثال: "ما أحكم من يرى المستقبل". بالنسبة للأشخاص المكفوفين منذ الولادة، ليس لدينا حاليًا أي حل. تتطور أدمغتهم بشكل مختلف، لذلك حتى لو تم تصحيح بصرهم لاحقًا، فلن يتمكنوا من الرؤية. حتى مشكلة مثل إعتام عدسة العين، والتي يمكن حلها اليوم بجراحة بسيطة، يجب حلها في مرحلة الطفولة المبكرة - وإلا سيبقى المريض أعمى حتى بدون إعتام عدسة العين. ولكن يمكن للتكنولوجيا مساعدة الأشخاص الذين رأوا في الماضي والذين تدهورت مستقبلاتهم الضوئية على مر السنين".
تقع شبكية العين في مؤخرة العين، وهي مسؤولة عن استقبال الصورة وتحويلها إلى معلومات عصبية، تُنقل بدورها إلى الدماغ عبر العصب البصري. تتكون شبكية العين من أكثر من مئة نوع من الخلايا العصبية، وما مجموعه مئات الملايين من الخلايا، مما يسمح لها باستقبال الصور حتى في ظروف الإضاءة والتباين المنخفضة للغاية.
إلى جانب هذه القدرات غير العادية، فإن تعقيد العين وشبكية العين يحمل معه أيضًا قابلية الإصابة بأمراض مختلفة تسبب العمى.
في العالم الغربي، الذي يتمتع بمتوسط عمر طويل، يُعدّ التنكس البقعي المرتبط بالعمر (AMD) السبب الأكثر شيوعًا للعمى. إلى جانب هذا التنكس، الشائع بشكل رئيسي بين كبار السن، هناك عائلة كاملة من الأمراض الوراثية تُسمى التهاب الشبكية الصباغي (RP) تُسبب تنكس الشبكية. في كلٍّ من التنكس البقعي المرتبط بالعمر والتهاب الشبكية الصباغي، تتضرر المستقبلات الضوئية، بينما تبقى الطبقات الأخرى من الشبكية طبيعية نسبيًا. لذلك، يُجري الباحثون حول العالم تجارب على طرق مختلفة لاستبدال المستقبلات الضوئية. إحدى هذه الطرق هي "شبكية اصطناعية" - استبدال المستقبلات الضوئية البيولوجية بمستقبلات ضوئية تكنولوجية، تهدف إلى تحفيز الخلايا التالية في السلسلة البصرية كهربائيًا، مما يُعيد البصر لملايين الأشخاص.
يوضح البروفيسور مندل قائلاً: "تتكون شبكية العين من ثلاث طبقات رئيسية. الطبقة الأولى هي المستقبلات الضوئية التي تمتص الضوء. تليها طبقة من الخلايا ثنائية القطب التي تستقبل المعلومات من المستقبلات الضوئية وتعالجها. تنقل هذه الخلايا المعلومات إلى الخلايا العقدية التي تُرقم المعلومات، وتحولها إلى نبضات (تشبه البتات، كما في الحاسوب)، ثم ترسلها إلى الدماغ، إلى القشرة البصرية، حيث تخضع بشكل طبيعي لمعالجة معلومات إضافية. أما غرسة الشبكية الاصطناعية التي نبنيها فهي جهاز يستقبل الضوء، ويُنشّط خلايا كهربائية تُشبه المستقبلات الضوئية، والتي تنقل المعلومات إلى الطبقة التالية، وهي طبقة بيولوجية، ومن هناك تستمر العملية كما هو الحال في الرؤية الطبيعية".
يتكون الجهاز الذي يطوره البروفيسور ماندل وفريقه، بمساعدة منحة بحثية من المؤسسة الوطنية للعلوم، من أقطاب كهربائية موضوعة في أسفل آبار صغيرة، يبلغ حجم كل منها عشرة ميكرون (جزء من مئة من المليمتر). بالإضافة إلى ذلك، يوجد داخل كل بئر خلية تشبه مستقبلات الضوء، والتي تم إنشاؤها في المختبر عن طريق تمايز الخلايا الجذعية البشرية. بعد زراعة الزرعة، ترسل الخلايا الموجودة في الآبار امتدادات وتتصل بالطبقة التالية في شبكية عين المريض - الخلايا ثنائية القطب. عندما يسقط الضوء على الجهاز، يتولد تيار كهربائي في الأقطاب الكهربائية، وينشط هذا التيار الخلايا الموجودة في الآبار. تعمل هذه الخلايا بدورها على تنشيط شبكية عين المريض بشكل طبيعي عن طريق إفراز مواد تُستخدم للتواصل بين الخلايا العصبية - النواقل العصبية.
نحن نحاول تقليد النظام البصري، الذي أوصلته سنوات عديدة من التطور إلى قدراته المذهلة.
يقول البروفيسور ماندل: "هناك حاليًا شبكيات عين اصطناعية قيد الاختبار على البشر، والنتائج حتى الآن ضعيفة نسبيًا". ويضيف: "على الرغم من وجود بعض التوجهات الواعدة لتحسين هذه النتائج، إلا أن هناك عددًا من القيود التي تمنعنا من تحقيق رؤية قريبة من رؤيتنا الطبيعية، سواء من حيث حدة البصر أو في جوانب أخرى مثل حساسية التباين. وللتغلب على هذه القيود، صممنا الأقطاب الكهربائية بهيكل من قضبان صغيرة، مما يسمح لنا بعزل المجال الكهربائي، بحيث لا ينشط أحد القطبين الخلايا المجاورة له. وهذا مهم للغاية، لأن الدقة التي تحققها شبكية العين الاصطناعية اليوم أقل جودة بنحو 20 مرة من الرؤية الطبيعية. يمكنك القراءة - ولكنك تحتاج إلى أحرف كبيرة جدًا. ومن بين أسباب أخرى، ينبع ضعف الدقة هذا من انتشار المجال الكهربائي. باستخدام القضبان، نوجه التحفيز، وبالتالي نحقق دقة أعلى بكثير باستخدام كهرباء أقل بكثير - وهذا أيضًا له مزايا عملية واضحة".
سبب آخر لسوء جودة الرؤية التي يتم الحصول عليها حاليًا من الأجهزة الاصطناعية هو أن شبكيات العين الاصطناعية الموجودة تعمل على تنشيط الخلايا الموجودة في شبكية العين بشكل مباشر باستخدام نبضات كهربائية، وليس بالطريقة الطبيعية للشبكية، أي باستخدام المواد المستخدمة في التواصل بين الخلايا العصبية - النواقل العصبية.
نحاول محاكاة النظام البصري، الذي أوصلته سنوات عديدة من التطور إلى قدراته المذهلة. ولتحقيق ذلك، نضيف خلايا في أسفل الشبكية لتكون بمثابة وسطاء ضروريين بين المستقبلات الضوئية والخلايا ثنائية القطب. علاوة على ذلك، يسمح لنا التنشيط عبر النواقل العصبية بتنشيط خلايا معينة دون غيرها في الشبكية، تمامًا كما تعرف العين السليمة كيفية استخدام مسارات بصرية مختلفة. على سبيل المثال، إذا قرأنا نصًا أسود على خلفية بيضاء، فإننا نراه باستخدام مسار يُسمى "إيقاف". بينما يُقرأ النص الأبيض على خلفية سوداء باستخدام مسار عصبي يُسمى "تشغيل". لهذه المسارات المختلفة أدوار مهمة في النظام البصري. وحقيقة أن شبكيتنا الاصطناعية تسمح لنا بالحفاظ على هذه الانتقائية للعين لها أهمية كبيرة.
ويختتم البروفيسور ماندل قائلاً: "لا يزال أمامنا طريق طويل قبل أن يتم زرع جهازنا في البشر، ولكن هذا المسار مثير للاهتمام ومليء بالتحديات الرائعة التي يعمل عليها العديد من الباحثين في المختبر: الدكتورة نيروز فرح، والدكتور عاموس ماركوس، وطالبة الدكتوراه جال شافون، والدكتور يوآف شمول، وإيريل ليسنوي، وطالبة الدكتوراه تامار أزارد ليبوفيتز، وبيكارا بانثون، والبروفيسور زئيف زاليفسكي".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
رائعة، لقد كنت مهتمة جدًا!
وأود بشدة أن ألتقي بهذا الأستاذ.
وهذا سوف يساعدني أيضًا على الرؤية مرة أخرى.