Bioničko oko koje bi moglo vratiti vid

Nekoliko metara unutar ulaznih vrata kompanije Science Corp. u Alamedi, Kalifornija, nalazi se jarko osvetljena soba sa velikim, providnim prozorima.

Ako bude funkcionisalo, možda bismo čak mogli da manipulišemo sopstvenom stvarnošću

Kasnog novembarskog popodneva, tri odevena hirurga pažljivo kruže oko novozelandskog belog zeca položenog na plavu tkaninu. Otprilike mesec dana ranije, zec – nazvan Lila, po Futuraminoj jednookoj heroini – dobio je injekciju kroz beonjaču očne jabučice.

Neposredno ispred hirurške sale, Maks Hodak, izvršni direktor kompanije Science Corp., stoji u farmerkama i crnoj dukserici, držeći laptop na pregibu ruke. Prezentacija na njegovom ekranu prikazuje mali uređaj, veličine penija, pričvršćen za tanku žicu. To je uređaj za koji se nada da može oporaviti važno čulo i pomoći slepima da ponovo vide. Ne izgleda impresivno – minijaturni grad elektronike pričvršćen za microLED ekran veličine samo 2 mm – ali ne mora biti. Proteza koju pokazuje poznata je kao Naučno oko (Science Eye) i kada se pokaže da je bezbedna i efikasna, biće ugrađena na vrh i unutar očne jabučice ljudskih pacijenata koji pate od bolesti u kojima su ćelije oka koje osećaju svetlost umrle. Ideja je da se druge ćelije u oku nateraju da primaju i prevode svetlosne signale. Uređaj je predstavljen pošto je biotehnologija izašla iz stelt-a 21. novembra prošle godine.

U mesecima nakon toga, prvi naučni rad kompanije je postavljen u bioRxiv, skladište za naučne članke pre štampe, koji opisuje opsežan temeljni rad koji je preduzela Science Corp., uključujući demonstriranje kako njena tehnologija funkcioniše kod zečeva poput Leele, i pripremanje za buduća ispitivanja da testira svoje sposobnosti za vraćanje vida.

Hodak prolazi kroz slike na svom laptopu, ukazujući na faktor forme Science Eie-a i koliko piksela je tim uspeo da stavi u mikroLED tanku pločice uređaja. Broj iznosi impresivnih 16.000, što omogućava rezoluciju za koju kaže da je „osam puta bolja od iPhone 13“. On pokazuje kratku demonstraciju vrste “vizije” koju bi neko sa naučnim okom mogao imati. Crveni pikseli plešu oko ekrana, rekapitulišući pogled na ulicu i čoveka koji maše rukama.

MicroLED uređaj, koji Science naziva FlexLED, samo je jedna komponenta Science Eye-a. Da bi pacijentima vratio čak i ovaj oblik vida, naučni tim prvo treba da isporuči gen u određeni region oka i pokaže da može da generiše električne signale u regionima mozga odgovornim za kontrolu vida. Tu dolazi Lila. DA PROČITATE OVAJ članak, vaše oko i vaš mozak su uključeni u mahnit ples, oživljeni olujom svetlosti i električnih signala. Ovaj ples, izbrušen milionima godina evolucije, pruža nam osećaj vida. Svetlost sa vašeg ekrana se fokusira pomoću sočiva vašeg oka na mrežnjaču, sloj tkiva na zadnjem delu oka koji sadrži ćelije koje osećaju svetlost poznate kao fotoreceptori. Ove ćelije, koje su u obliku šipki i čunjeva, sadrže molekule poznate kao opsini, koji mogu da pretvore dolaznu svetlost u električni signal. Taj signal se na kraju prenosi napred do nervnih ćelija koje se nazivaju retinalne ganglijske ćelije, koje se iz oka uvlače u mozak kao optički nerv, prenoseći informacije koje stvaraju vizuelnu sliku sveta. Kod genetskih bolesti, kao što je pigmentoza retinitisa ili starosna makularna degeneracija, abnormalnosti u sloju fotoreceptora u mrežnjači na kraju dovode do njihove smrti. Kada su fotoreceptori izgubljeni, svetlosni signali se više ne mogu prevesti u električne signale, što dovodi do slepila. To nije savršena analogija, ali mislite na oko kao na kuću. Još uvek struja teče u žice kuće, ali sa ovim bolestima, sve sijalice su pregorele. Na sreću, postoje i drugi načini da se osvetli. Dok se fotoreceptori gube u pigmentozi retinitisa, RGC – i druge ćelije u retini – ostaju netaknuti. Mozak još uvek može da dekodira svetlosne signale. Ideja koja stoji iza Naučnog oka je da se ovi RGC-i modifikuju da postanu fotoreceptivni kako bi mogli da budu stimulisani svetlošću i šalju te signale u mozak. To je kao da unesete lampe u kuću i uključite ih da obezbede svetlost. Modifikacija zahteva injekciju specijalno dizajniranog opsina, koji je genetski izmanipulisan i zatvoren u deaktivirani virus da bi se pronašao RGC. Naučni tim je uspeo da pokaže da opsin dolazi do RGC-a, u eksperimentima sa neuronima izvedenim iz matičnih ćelija i u organoidima retine, simulakruma ljudske mrežnjače. Ukratko, oni mogu osvetliti kuću lampama, a ne sijalicama.

Organoidi, koji se razvijaju iz matičnih ćelija u mešavinu ćelija uključujući RGC, se stavljaju u rastvor virusnog konstrukta koji sadrži opsine. Otprilike 10 nedelja kasnije, oni su stavljeni pod mikroskop, gde istraživači, uključujući inžinjera ćelija Kevina Smita, kreću u potragu za svetlim crvenim zrncima – što znači da je opsin sleteo u RGC organoida. Ovaj rad na laboratorijskoj klupi pokazuje da metoda deluje in vitro, van živog organizma. Ali šta je sa unutar živog organizma? Za to je Nauci potrebna Lila. Tačnije, potrebne su joj oči.

Zečje oči nisu sasvim iste kao ljudske. Jedna od glavnih razlika je region poznat kao fovea, centralna depresija u mrežnjači gde je mnogo čunjića osetljivih na svetlost zbijeno jedno uz drugo. Zečevi imaju niz ćelija, dok ljudi imaju jamu, a osnovna biologija oka je malo drugačija. Nauka treba da potvrdi dva koncepta. Prvo, njegov virusni konstrukt, koji sadrži opsin, mora da uđe u RGC u retini zeca. Drugo, pulsirajuća svetlost FlexLED uređaja treba da stimuliše opsine i šalje signale u mozak. Kod zečeva, nauka još ne pokušava da vrati vid. Umesto toga, radi se o osnovnoj nauci da bi se pokazalo da metoda funkcioniše. Eksperimenti sa dva zeca, opisani u preprintu koji je tim objavio u februaru, pokazuju da su uspeli da naprave RGC osetljive na svetlost. Takođe su bili u mogućnosti da pulsiraju FlexLED uređaj i otkriju aktivnost u vizuelnim centrima mozga. Međutim, da bi se stimulisao opsin u RGC, pacijenti (uključujući Science’s zečeve) moraju biti izloženi određenoj talasnoj dužini svetlosti. Opsin ne reaguje na prirodno svetlo kao ljudsko oko; nije u stanju da stvori potpunu sliku životne sredine kao što to mogu zdrave fotoreceptorske ćelije. Iz tog razloga, Eye će zahtevati od pacijenata da nose par naočara sa kamerama koje prenose informacije, bežično preko infracrvene veze, na FlexLED ugrađen preko mrežnjače.

Obnavljanje vida ranim pacijentima neće biti čudesan povratak na 20/20, ali će im pomoći da shvate svoj svet; osećaj će biti sličan vidu, ali sa mnogo manje vernosti. Da bi se povratio vid visoke rezolucije, postoje fiziološke barijere koje tek treba da se prevaziđu. Na primer, ljudska retina sadrži više od 100 miliona fotoreceptora u svakom oku, ali samo oko 1 milion RGC, razlika koju je teško prevazići – ali nije nemoguća. RGC-i su takođe podeljeni u različite tipove, koji prenose malo drugačije informacije u mozak. „Čuo sam da ih ljudi nazivaju, na primer, Photoshop filterima“, objašnjava Hodak. „Kada ih sve složite zajedno, dobijate prirodni prizor.“ U teoriji, buduća verzija FlexLED uređaja mogla bi da pokreće različite tipove RGC-a. Hodak napominje da još uvek nije siguran da li je to moguće, ali uz prefinjenost, uređaj bi mogao čak biti u stanju da ima konstantno, jedan-na-jedan mapiranje između piksela na svom FlexLED ekranu i pojedinačnog RGC-a. U kombinaciji sa sposobnošću mozga da se vremenom prilagođava, obnavljanje vida visoke rezolucije moglo bi biti na dohvat ruke.

Brojne kompanije eksperimentišu sa različitim tehnikama, uključujući korišćenje RGC-a za uređivanje gena i naočara za menjanje svetlosti. Na primer, francuska biotehnološka kompanija GenSight radi na sličnom optogenetičkom sistemu, koristeći gensku terapiju i naočare. Sistem ne zahteva preklapanje tankog microLED-a na mrežnjaču kao što je Science Eye, što ga čini manje rizičnim. Umesto toga, koristi naočare da pojača ambijentalno, prirodno svetlo u monohromatski signal koji genetski uređeni RGC-ovi mogu da dešifruju. Ova metoda verovatno pruža manje finu kontrolu aktivacije opsina u RGC-ima, ali je već u kliničkim ispitivanjima i pokazalo se da „delimično vraća“ vid kod pacijenta sa pigmentoznim retinitisom, prema radu iz 2021. u časopisu Nature. Pacijent je bio u stanju da otkrije predmete, poput beležnice na stolu, nakon što je nosio GenSight naočare tokom nekoliko meseci.

Hodakovo prethodno mesto zaposlenja, Neuralink, takođe je nedavno ušlo u trku za vraćanje vida. Hodak je 2016. godine sa timom naučnika, inženjera i Elonom Maskom, bio suosnivač tog pokretanja mozga i računara. Poređenje između dve kompanije je do sada bio primarni fokus članaka o nauci, sa publikacije koje tu biotehnološku firmu nazivaju „neuralink rivalom“. Neuralinkov pristup uključuje implantaciju elektroda direktno u mozak, gde im je zadatak da tumače signale i stimulišu moždane ćelije u nastojanju da obnove kretanje i vid, i, prema Musku, omogućavaju ljudima da se spoje sa AI.

Regulatorna tela već pokazuju zabrinutost zbog tog pristupa. Neuralink nije uspeo da prijavi jednu aplikaciju američkoj Upravi za hranu i lekove da bi svoj proizvod testirao. Reprogramiranje mozga da iskusi nova čula – nije ograničena na oblast naučne fantastike. Mozak je suštinski povezan sa načinom na koji doživljavamo svet. Razvili smo pet čula, barem prema Aristotelu, i to gledište važi i danas: dodir, miris, vid, ukus i sluh. Moderna nauka je dodala još nekoliko. Naša ravnoteža je posebno čulo, kao i propriocepcija, sposobnost da prepoznamo lokaciju i kretanje našeg tela. Postoje čak i naučnici koji veruju da se broj čula koje imamo proteže do 20ak; naša sposobnost da uočimo protok vremena i reakcija našeg tela na vruća i hladna stanja su druga čula. Ono na šta Hodak izgleda misli kada govori o programiranju senzora je ideja da mozak nije nepromenljiv organ. On je prijemčiv za nove spoljne inpute i vremenom može naučiti da im se prilagođava. Dajte mu novi način interakcije sa svetom i polako će obraditi te informacije na način koji telo može da razume.

Sada, umesto vraćanja vida, možda zamislite Naučno oko ugrađeno u osobu sa savršenim vidom. Može da stimuliše mozak na takav način da osoba vidi određene slike ili mesta, finom kontrolom RGC-a.

Mogli biste da vidite i komunicirate sa celim svetom koji ne postoji. To je kao da se priključite na simulaciju, virtuelni svet priključen direktno na vaše oko.  Ali, još smo daleko od te budućnosti. 

Izvor: Cnet