התקן מיקרו־אלקטרודות עם תאים דמויי פוטו־רצפטורים מתאי גזע מפעיל את הרשתית באופן טבעי ושומר סלקטיביות ON/OFF – תקווה חדשה לחולי AMD ו-RP.
האם אנחנו בדרך לעולם בלי עיוורון? פיתוחים ביו-רפואיים חדשים מכוונים לעתיד, שבו שתלים יחליפו את הפוטו-רצפטורים שמתנוונים עם הגיל.
הראייה היא החוש החשוב ביותר לאדם, וכ-90 אחוז מהמידע שאנו רוכשים מגיע מחוש הראייה”, מסביר פרופ’ יוסי מנדל, ראש המעבדה למדעי והנדסת הראייה באוניברסיטת בר-אילן. “לא בכדי, ביטויים רבים קושרים בין ראייה לחוכמה ולהבנה, למשל ‘איזהו חכם הרואה את הנולד’. לאנשים שהם עיוורים מלידה אין לנו פתרון כרגע. מוחם מתפתח אחרת, כך שגם אם מתקנים להם את הראייה בהמשך – הם עדיין לא יצליחו לראות. אפילו בעיה כמו קטרקט, שאפשר היום לפתור בניתוח פשוט, מוכרחים לפתור בילדות המוקדמת – אחרת החולה יישאר עיוור גם בלי הקטרקט. אבל הטכנולוגיה כן יכולה לעזור לאנשים שראו בעבר והפוטו-רצפטורים שלהם התנוונו עם השנים”.
הרשתית נמצאת בחלק האחורי של העין והיא אחראית לקליטת התמונה והפיכתה למידע עצבי, המועבר למוח באמצעות עצב הראייה. הרשתית מורכבת מלמעלה ממאה סוגים של תאי עצב, ובסך הכול ממאות מליוני תאים, המאפשרים לה לקלוט תמונות גם בתנאי תאורה וניגודיות נמוכים במיוחד.
לצד היכולות יוצאות הדופן הללו, המורכבות של העין והרשתית נושאות בחובן גם פגיעות למחלות שונות הגורמות לעיורון.
אצל תושבי העולם המערבי, הנהנים מתוחלת חיים ארוכה, הסיבה הנפוצה ביותר לעיוורון היא ניוון גילי של המקולה ((AMD. לצד הניוון הזה, הנפוץ בעיקר בקרב קשישים, ישנה משפחה שלמה של מחלות גנטיות בשם רטיניטיס פיגמנטוזה (RP) הגורמות לניוון רשתית. הן ב-AMD, הן ב-RP, הפוטו-רצפטורים נפגעים, אולם שאר שכבות הרשתית נותרות תקינות יחסית. לכן חוקרים ברחבי העולם מנסים שיטות שונות להחליף את הפוטו-רצפטורים. אחת השיטות הינה “רשתית מלאכותית” – החלפת הפוטו-רצפטורים הביולוגיים בפוטו-רצפטורים טכנולוגיים, אשר מטרתם לגרות בצורה חשמלית את התאים הבאים בשרשרת הראייה, ובכך להחזיר את מאור עיניהם של מיליונים.
“הרשתית שלנו מורכבת משלוש שכבות עיקריות”, מסביר פרופ’ מנדל. “השכבה הראשונה היא הפוטו-רצפטורים שקולטים את האור. אחריה באה שכבת תאים בי-פולאריים שמקבלים את המידע מהפוטו-רצפטורים ומעבדים אותו. התאים הבי-פולאריים מעבירים את המידע לתאי גנגליון שעושים דיגיטציה למידע, הופכים אותו לפולסים (כמעין ביטים, בדומה למחשב), ושולחים אותו למוח, לקורטרס הראייתי – שם הוא עובר כמובן עיבוד מידע נוסף. שתל הרשתית המלאכותית שאנחנו בונים הוא התקן קולט אור המפעיל חשמלית תאים הדומים לפוטו-רצפטורים, אשר מעבירים את המידע לשכבה הבאה, שהיא ביולוגית – ומשם התהליך ממשיך ממש כמו בראייה רגילה”.
ההתקן שמפתחים פרופ’ מנדל וצוותו, בעזרת מענק המחקר מהקרן הלאומית למדע, מורכב מאלקטרודות שנמצאות בתחתית של באריות זעירות, שכל אחת מהן בגודל של עשרה מיקרון (מאית המילימטר). בנוסף, בתוך כל בארית קיים תא דומה לפוטו-רצפטור, אשר נוצר במעבדה על ידי התמיינות של תאי גזע אנושיים. לאחר השתלת השתל, התאים בבאריות שולחים שלוחות ומתחברים לשכבה הבאה ברשתית החולה – התאים הבי-פולאריים. כאשר אור פוגע בהתקן, נוצר זרם חשמלי באלקטרודות, והזרם החשמלי מפעיל את התאים שנמצאים בבאריות. תאים אלו, בתורם, מפעילים את הרשתית של החולה בצורה טבעית על ידי הפרשת חומרים שמשמשים לתקשורת בין תאי העצב –נוירו-טרנסמיטורים.
אנחנו מנסים לחקות את מערכת הראייה, אשר שנים רבות של אבולוציה הביאה אותה ליכולות המדהימות שלה.
“קיימות היום רשתיות מלאכותיות אשר כבר נמצאות בניסויים בבני אדם, והתוצאות עד כה הינן יחסית לא טובות”, מספר פרופ’ מנדל. “למרות שיש כמה כיוונים מבטיחים לשיפור התוצאות הללו, קיימות מספר מגבלות המונעות השגת ראייה קרובה לראייה הטבעית שלנו, גם בחדות הראייה וגם בהיבטים אחרים כגון רגישות לניגודיות. כדי להתמודד עם המגבלות הללו, בנינו את האלקטרודות עם מבנה של באריות קטנות, המאפשר לנו לבודד את השדה החשמלי, כך שאלקטרודה אחת לא תפעיל את התאים שלידה. זה חשוב מאוד, כי הרזולוציה שמגיעים אליה היום עם רשתית מלאכותית היא בערך פי 20 פחות טובה מראייה טבעית ותקינה. אפשר לקרוא – אבל צריך אותיות גדולות מאוד. בין היתר הרזולוציה הגרועה הזאת נובעת מהתפשטות השדה החשמלי. באמצעות הבאריות אנחנו מכווינים את הגירוי וכך משיגים רזולוציה גבוהה הרבה יותר בעזרת הרבה פחות חשמל – וגם לזה יש יתרונות פרקטיים ברורים”.
סיבה נוספת לאיכות הראייה הירודה המתקבלת כיום מהתקנים מלאכותיים נובעת מכך שהרשתיות המלאכותיות הקיימות מפעילות ישירות את התאים ברשתית באמצעות פולסים חשמליים, ולא בצורה הטבעית לרשתית, קרי באמצעות החומרים שמשמשים לתקשורת בין עצבית – הנוירו-טרנסמיטורים.
אנחנו מנסים לחקות את מערכת הראייה, אשר שנים רבות של אבולוציה הביאה אותה ליכולות המדהימות שלה. כדי לעשות זאת אנחנו מוסיפים תאים בתחתית הבאריות כמתווכים הכרחיים בין הפוטו-רצפטורים לתאים הבי-פולאריים. זאת ועוד, ההפעלה באמצעות הנוירו-טרנסמיטורים מאפשרת לנו להפעיל תאים מסוימים ולא אחרים ברשתית, כפי שהעין הבריאה יודעת להשתמש במסלולים שונים של ראייה. למשל, אם אנחנו קוראים טקסט שחור על גבי לבן, אנחנו צופים בו באמצעות מסלול שמכונה OFF. ואילו טקסט לבן על רקע שחור נקרא במסלול עצבי שנקרא ON. למסלולים השונים יש תפקידים חשובים במערכת הראייה. העובדה שהרשתית המלאכותית שלנו מאפשרת לשמר את הסלקטיביות הזאת של העין היא בעלת משמעות רבה”.
“עלינו לעשות עוד כברת דרך עד שההתקן שלנו יושתל באנשים”, מסכם פרופ’ מנדל, “אולם הדרך הזו מעניינת, ורצופת אתגרים מרתקים אשר עליהם עובדים חוקרים וחוקרות רבים במעבדה: ד”ר ניירוז פרח, ד”ר עמוס מרקוס, הדוקטורנט גל שפון, ד”ר יואב שמלה, אראל לסנוי, הדוקטורנטית תמר אזרד לייבוביץ, פיקרה פנטהון ופרופ’ זאב זלבסקי”.
עוד בנושא באתר הידען:
