Жидкий металл в глазу: как слепые мыши научились видеть инфракрасный свет

Многие заболевания глаз, такие как пигментный ретинит или возрастная макулярная дегенерация, приводят к гибели светочувствительных клеток сетчатки. При этом внутренние слои, включая ганглионарные клетки, часто остаются неповрежденными и сохраняют способность передавать сигналы в мозг. Инженеры давно пытаются использовать эту особенность, создавая электронные имплантаты, которые берут на себя работу утраченных рецепторов.

Почему жидкий металл?

Главная проблема прежних протезов заключалась в жесткости материалов: твердые электроды легко травмируют нежную ткань глазного дна и вызывают воспаление. Авторы новой работы из Италии предложили использовать сплав галлия и индия, который при температуре тела находится в жидком состоянии. Такой материал в тысячи раз мягче обычных проводников и по упругости близок к биологическим тканям.

Исследователи собрали ультратонкую пленку с массивом кремниевых транзисторов и микроэлектродами в виде столбиков высотой 60 микрометров. Кончики электродов покрыли платиной для улучшения проводимости. Сверху поместили светофильтр, блокирующий видимый свет, чтобы на транзисторы попадало только инфракрасное излучение.

Проверка на живых организмах

Сначала ученые оценили безопасность материала на культуре пигментных клеток человека и на изолированной сетчатке. Устройство оказалось нетоксичным и стабильно работало во влажной среде. Затем имплантаты вживили трем здоровым и трем генетически слепым мышам (с полной дегенерацией фоторецепторов).

Когда животным светили в глаза синими и инфракрасными вспышками, регистрация активности в зрительной коре показала: у слепых мышей сигналы возникали только в ответ на инфракрасное излучение при включенном протезе. Здоровые особи с имплантатом реагировали на оба типа света. Это подтвердило, что искусственная сетчатка способна передавать информацию от невидимого спектра прямо в мозг.

На финальном этапе ученые провели поведенческий тест: мышей приучили слизывать воду из трубки в ответ на оптический сигнал. Слепые грызуны с протезом научились так же надежно реагировать на инфракрасные вспышки, как здоровые — на обычный свет.

Ограничения и перспективы

Хотя технология доказала свою совместимость с живыми тканями, до применения у людей еще далеко. Возникновение электрического импульса в нейронах еще не означает, что пациент увидит четкую картину: субъективное восприятие может напоминать хаотичные пятна, а не полноценное тепловизионное зрение. Кроме того, инженерам предстоит существенно снизить энергопотребление устройства и провести многолетние испытания на крупных животных.

Тем не менее, использование жидкого металла и перенос чувствительности в невидимый инфракрасный спектр открывают новый путь для создания безопасных и эффективных глазных имплантатов. В будущем такие протезы смогут помогать людям, потерявшим зрение из-за дегенеративных заболеваний, не повреждая при этом уцелевшие клетки глаза.