بازگشت نور به چشمان خاموش

دربیمارانی که بیماریهای شدید چشمی دارند (مانند بیماری دژنراسیون ماکولا)، دید مادون قرمز در اصل میتواند به بینایی در نور کم و تاریکی کمک کند. توسعه فناوریهایی که از طیف وسیعتری از نور (ازجمله نور مادون قرمز) استفاده میکنند، میتواند مزایای قابلتوجهی برای بیماران چشمی داشته باشد.محققان یک پروتز شبکیه از نانوسیمهای تلوریم ساختهاند که بینایی نسبی را در موشهای نابینا بازیابی میکند و بینایی نزدیک به مادون قرمز را در نخستیسانان ممکن میسازد. این ایمپلنت که در شبکهای از نانوسیمهای حساس به نور بافته شده است، نور مرئی و نزدیک به مادون قرمز را به سیگنالهای الکتریکی برای مغز تبدیل میکند. این پروتز شبکیه در موشهای نابینا، رفلکسهای بصری و بینایی رفتاری را بازیابی کرد؛در حالیکه در میمونهای ماکاک، تشخیص طول موجهای فراتر از دید طبیعی را افزایش داد. این پیشرفت، گامی بزرگ در جهت بازیابی بینایی در نابینایان و تقویت بینایی انسان فراتر از محدودیتهای بیولوژیکی فعلی است.امکانسنجی و ایمنی بالای این فناوری جدید، نقطهعطفی در توسعه بینایی مصنوعی است که میتواند برای بیمارانی که در سراسر جهان با نابینایی یا بیماری شبکیه زندگی میکنند، بسیار ارزشمند باشد. درحال حاضر، رویکردهای زیادی برای بازیابی بینایی درنابینایان وجود دارداما تقریباهمه این درمانها با موانعی مانند تداخل الکتریکی یا عدم اثربخشی طولانیمدت روبهرو هستند. به طور همزمان، محققان در تلاشند تا قابلیتهای چشم انسان را برای تشخیص طول موجهای دیگر نور، ازجمله مادون قرمز نزدیک، افزایش دهند. چنین فناوری میتواند موهبتی برای تلاشهای ترمیم بینایی باشد؛ زیرا تشخیص نور مادون قرمز نزدیک، کنتراست رنگ بهتری را فراهم میکند و میتواند در شرایط تاریکی مفید باشد. برای زدن دو نشان با یک تیر، شویوان وانگ و همکارانش یک نانوپروتز برای شبکیه براساس تلوریم، یک عنصر حساس به نور، به رنگ سفید-نقرهای که بهعنوان نیمهرسانا استفاده میشود، طراحی کردند. چگونگی پژوهشدر ابتدا محققان از طریق محاسبات نظری، نشان دادند که جریانهای نوری خودبهخودی غولپیکر و با طیف وسیع شبکههای نانوسیم تلوریم، با عدم تقارن نقصهای داخلی شبکه نانوسیم و اثرات سطحی خارجی مرتبط هستند. سپس محققان نانوسیمهای تلوریم را ساختند و آنها را بهصورت یک شبکه مشبک درهم تنیدند و ساختاری ایجاد کردند که بهراحتی قابل کاشت است و نور مرئی و نزدیک به مادون قرمز را بهطور مؤثر به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند. این تیم با استفاده از تصویربرداری و ثبت الکتروفیزیولوژیکی دریافت که کاشت پروتز در موشهایی که به صورت ژنتیکی نابینا هستند، رفلکسها را در مردمک چشم بازیابی کرده و شلیک نورونی را در قشر بینایی برانگیخته است. از طریق ترکیبی از شکافهای باند باریک، جذب قوی و عدم تقارنهای مهندسیشده، نانوابزارهای اپتوالکترونیکی تلوریم، جریانهای نوری بسیار بالا و وسیعترین طیف طول موجهای حساسیت نوری پاسخگو را در مقایسه با تکنیکهای گزارش شده برای بازیابی حساسیت نوری در نابینایی نشان دادند که محدوده مرئی تا نزدیک به مادون قرمز-II را پوشش میدهد. آزمایشهای پیش از کاشت،پایداری خواص اپتوالکترونیکی نانوپروتز وپاسخ دقیق آن به الگوهای نور را تاییدکردند.درموشهای نابینا، نانوپروتز کاشته شده جایگزین گیرندههای نوری آسیب دیده شد و پاسخهایی را در عصب بینایی و قشر بینایی ایجاد کرد. نتایجموشهای دارای پروتز در مقایسه با موشهای درمان نشده، هنگام استفاده از شدتهای نوری تقریبا ۸۰ برابر ضعیفتر از آستانه ایمنی بالینی، واکنشهای مردمک چشم ناشی از نور بهتری نشان دادند و بهبود در رفتارهای یادگیری مرتبط با نور (مانند یادگیری تداعیگر نشانههای بصری مبتنی بر پاداش آب و تکالیف جعبه انتخاب) را نشان دادند.در موشهای نابینا، این نانوپروتز شبکیه، پاسخ مغز به نور را بازیابی کرد و رفتارهای مبتنی بر بینایی را در سطوح نوری ایمن بالینی بهبود بخشید. موشهای نابینایی که ایمپلنت داشتند، در آزمایشهای تشخیص الگو نیز عملکرد بهتری داشتند و میتوانستند در طول آزمایش رفتاری، چراغهای LED را پیدا کنند و در نهایت تقریبا به عملکرد موشهای عادی رسیدند. زیستسازگاری و اثربخشی نانوپروتز پیشنهادی بیشتر در نخستیسانان غیرانسانی (در این مطالعه میمون ماکاک) نشان داده شد؛ جایی که نانوپروتز در فضای زیر شبکیه محکم به شبکیه متصل شده بود و پاسخهای قوی مشتق شده از شبکیه به نور مرئی و مادون قرمز ایجاد میکرد. این نانوپروتز هنگام کاشت دریک میمون ماکاک نابینا، کاملا ایمن بود؛ میمونهای بینا نیز پس از کاشت پروتز، بدون اختلال در بینایی طبیعیشان، بینایی مادون قرمز را بهدست آوردند.مزایای توسعه فناوری نانوپروتزاین مطالعه پارامترهای بیولوژیکی قابل اجرا برای پروتز شبکیه با استفاده از شبکههای نانوسیم تلوریم طراحی شده را ارائه میدهد. این نانوسیمها بهطور طبیعی نور را به سیگنالهای جریان نوری با بایاس الکتریکی صفر تبدیل میکنند و میتوانند طیف مرئی تا مادون قرمز را پوشش دهند. نانوپروتز آزمایش شده، جریانهای نوری قوی برای فعال کردن مدار شبکیه باقی مانده در یک چشم ناکارآمد تولید میکند، از طریق یک روش کاشت زیر شبکیهای ساده عمل میکند و از اجزای حجیم داخل و خارج چشمی جلوگیری میکند. این مطالعه موفقیتآمیز روی حیوانات، راه را برای آزمایشهای انسانی آینده هموار میکند و پتانسیل این پروتز را برای بازیابی بینایی مرئی و گسترش درک مادونقرمز تقویت شده برای افراد نابینا نشان میدهد و راهحلی ایمنتر، موثرتر و با طیف وسیعتر نسبت به فناوریهای موجود ارائه میدهد. ادواردو فرناندز، پژوهشگر در دیدگاهی مرتبط هشدار میدهد: «موفقیت بلندمدت این فناوریها به توسعه راهحلهای مقرون به صرفه و تضمین در دسترس بودن آنها برای طیف وسیعتری از بیماران بستگی دارد.»