העין הביונית צופה עתיד מזהיר

 

ד"ר יוסי מנדל, ראש המעבדה להנדסה ומדעי העין באוניברסיטת בר-אילן מפתח רשתית מלאכותית מהפכנית שתאפשר לשחזר את יכולת הראייה של אנשים הסובלים מלקויות ראייה קשות. ד"ר מנדל וצוות החוקרים הרב תחומי שהוא מוביל, עמלים על פיתוח שתל של רשתית מלאכותית המגרה תאים עצביים פעילים וגורם להם לשלוח מידע ויזואלי למוח. מחקר פורץ דרך זה ממומן על ידי מענק פיתוח מטעם ה- ERC

 

האיש ששווה מיליונים

חלקינו עדיין זוכרים את סדרת הטלוויזיה משנות השבעים שעסקה בסטיב אוסטין, האיש השווה מיליונים, שלאחר פציעה חמורה ביותר חלק מאיבריו, כולל עינו, הוחלפו בשתלים ביוניים שהעצימו את כוחו, מהירותו וראייתו הרבה מעבר ליכולת האנושית הרגילה. אבל מה שעד לא מזמן היה בגדר מדע בדיוני בלבד, הולך והופך כיום למציאות יומיומית עבוד יותר מ 200 מיליון איש בכל העולם, הסובלים מלקויות ראייה חמורות יותר או פחות.

ד"ר יוסי מנדל הוא חוקר בכיר בבית הספר לאופטומטריה ומדעי הראיה אשר בפקולטה למדעי החיים ע"ש מינה ואבררד גודמן בבר-אילן רופא עיניים מומחה ודוקטור בביו הנדסה. המחקר של ד"ר מנדל מתמקד בשתי מחלות עיקריות הפוגעות ביכולת הראייה: רטיניטיס פיגמנטוזה, שהינה הפרעה גנטית, ו AMD (ניוון מולקולרי) – הגורם השכיח ביותר לעיוורון בעולם המערבי.

"העין האנושית דומה למצלמה משוכללת בעלת מעבד תמונות," מסביר מנדל. "המרכיב העיקרי בעין הוא הרשתית, העשויה מתאים רגישים לאור בעלי יכולות מתקדמות לעיבוד תמונות. תאים אלה מסודרים בשכבות נפרדות: תאים קולטי אור (פוטורצפטורים) הממירים את האור לאותות עצביים, התאים הדו-קוטביים (הביפולריים) המעבדים מידע זה ומעבירים אותו לשכבה השלישית – תאי גנגליון בהם המידע מעובד, מתועתק דיגיטלית ומועבר למוח, המבצע עיבוד תמונה נוסף, המאפשר לנו לראות," מסביר מנדל. 

שתל רשתית היברידי

למרות השלכותיהן החמורות, המחלות הנ"ל משפיעות בעיקר על התאים הפוטורצפטורים, וכמעט ולא פוגעות בשתי השכבות האחרות. מנדל עובד כיום על פיתוח שתל רשתית היברידי שיושתל ברשתיות של אנשים הסובלים מעיוורון, במטרה לשקם את יכולת הראייה שלהם.

כדי לחקות את התיפקודים העדינים של הרשתית, השתל יכלול אלקטרודות זעירות במקומם של הפוטורצפטורים הטבעיים. האלקטרודות מכוסות בתאי עצב פעילים, שתפקידם לגרות את הנוירונים לשלוח מידע ויזואלי למוח. "טכנולויה זו אמורה להשיג גרייה עצבית טבעית יותר מאשר שתלים מלאכותיים אחרים המופעלים ישירות על ידי פולסים חשמליים," מסביר מנדל. "ה FDA  כבר אישר שתל רשתית מלאכותי המשמש כיום לטיפול במחלות אלה, אולם השתל הנוכחי מניב תוצאות מוגבלות בלבד, בשל המרווחים הגדולים בין האלקטרודות והנוירונים," אומר מנדל.

צוות החוקרים במעבדתו של מנדל משתמש בתאי גזע עובריים כדי להנדס תאים עצביים ספציפיים הצבועים בחומרים ייחודיים המנטרים את פעילותם ואז להטמיעם בתוך האלקטרודות. "במידה שתאים אלה אכן יגיבו לפעילות חשמלית בצורה דומה לתאי עצב, הם יפרישו גלוטמט, חומר בו משתמשים התאים לאיתות עצבי. אותות אלה נעים בתוך הרשתית ודרך עצב הראייה אל המוח, ומשמשים כבסיס לעיבוד ויזואלי," מסביר מנדל.

טכנולוגיה זו מצריכה שיתוף פעולה מקצועי של מומחים מתחום הננוטכנולוגיה, אופטלמולוגיה, ביו-חשמל, הנדסת נוירונים, מחקר תאי גזע, ומדעי החומר.

מנדל מציין כי האתגר העיקרי בפיתוח טכנולוגיה זו הוא להנדס במדויק תאים חיים מבלי לפגוע בתיפקודם. "אם נצליח במשימתנו, נוכל בעתיד לאפשר חדות ראייה גבוהה ביותר, כמעט טבעית – טובה כמעט פי 100 מהטכנולוגיה הקיימת כיום," הוא אומר.

שילוב ראייה ביונית עם ראייה טבעית

ד"ר מנדל עובד בשיתוף עם ד"ר דניאל פלנקר מהמחלקה לאופטלמולוגיה באוניברסיטת סטנפורד על בדיקת תפקודים של שבב רשתית מלאכותית. מטרתו של פיתוח זה היא לאפשר ראייה ביונית בקרב אנשים בעלי יכולת ראייה מינימלית. הטכנולוגיה מגרה את יכולות הראייה הטבעיות הנותרות, מוטמעת כחלק אינטגרלי מהראיה. שתל דומה הושתל כבר באנשים באירופה כחל ממחקר קלינית

במעבדה של ד"ר מנדל השתל מוכנס לעיני חולדות מעבדה. על מנת לגרות את הרשתית באופן מלאכותי, החוקרים יצרו מערכת הקרנת תמונות המורכבת על ראש החולדה, והמבוססת על פולסי לייזר NIR (התחום הקרוב לאינפרה אדום) הכוללים מכשיר הקרנה דיגיטלי מסוג DMD המצוייד בעדשות ממסר פריסקופית. מכשיר זה מאפשר הקרנת דפוסי גרייה מורכבים ישירות לרשתית של העכבר.

"אנחנו בוחנים כיצד המוח מגיב לגרייה מהשתל המלאכותי על מנת לקבוע אם המוח יוכל להטמיע את האותות הנשלחים בתהליך הראייה הטבעי בחלקים הבריאים של הרשתית," אומר מנדל. 

הוא מסביר שזה בדיוק התהליך המתרחש בעיניהם של חולי AMD, כשמרכז הרשתית נפגע אבל שולי הרשתית עדיין בריאים. השתלת השבב הזה במרכז הרשתית של חולי AMD תעניק להם שתי מערכות ראייה – ראייה מלאכותית מרכזית וראיה פריפריאלית טבעית. השבב הזעיר, שגודלו 2 מ"מ, כבר הושתל במספר חולים באירופה ובארה"ב, במטרה לשקם את הראייה במרכז הרשתית שלהם.

ננו-טיפות עיניים כתרופות

בשיתוף פעולה מחקרי נוסף, ד"ר מנדל ופרופ' איתמר וילנר מהמכון לכימיה באוניברסיטה העברית בירושלים פיתחו ננו-חלקיקים ייחודיים שניתן להוסיפם לטיפות עיניים על מנת להחדיר תרופות לעין.

כדי למדוד את יעילות החדרת הטיפות לעין ולבחון החדרתן של תרופות שונות באמצעותן, החוקרים יצרו בחולדות מודל של מחלת עיניים הדומה לAMD . הם מקווים שפיתוח זה יבטל בעתיד את הצורך של חולי AMD  לקבל זריקות תקופתיות לתוך העין של נוגדי גורם הגדילה VEGF, המפחיתים את גדילתם או התנפחותם של כלי דם.

לכתבות נוספות...