Nature Communications מדווח: חוקרי הטכניון פיתחו גישה חדשה להפעלה מלאכותית של רשתית עיוורת

העבודה מבוססת על אופטוגנטיקה – תחום חדש ומתפתח במדעי העצב, והינה צעד ראשון לקראת שחזור ראיה בלתי פולשני במחלות ניווניות של הרשתית

חוקרים מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון פיתחו שיטה חדשה להפעלה בלתי חודרנית של רשתית עיוורת, ע”י שילוב של אופטיקה הולוגרפית ואופטוגנטיקה –  תחום חדש ומתפתח בתחום מדעי העצב. כך מדווח כתב העת .Nature Communications

“מחלות ניווניות של הרשתית החיצונית הן בין הגורמים העיקריים לעיוורון בעולם המערבי”, מספר פרופסור שי שהם. “מחלות אלו מאופיינות בניוון של שכבת תאי הקולטנים המשמשים כחיישנים לאור, כאשר שאר שכבות התאים האחרות ברשתית, ובפרט תאי הגנגליון, משתמרות. גירוי מלאכותי של תאי עצב ששרדו מהווה אסטרטגיה פוטנציאלית לעקיפת מעגלים (פגועים) של תאי העצב ברשתית. השבת הראיה שאבדה לרמה תפקודית בסיסית התאפשרה באחרונה באמצעות החדרה כירורגית של שתלים אלקטרוניים מלאכותיים אשר מפעילים חשמלית את התאים ששרדו, בדומה לשתלים השבלוליים (הקוכליאריים) המיועדים לטיפול בחרשים. שיטתנו היא שונה וחדשנית משום שהיא שואפת להפעיל את התאים ששרדו ללא צורך במגע ישיר של שתל עם הרשתית והיא עשויה ליתר בעתיד את הצורך בניתוח ובהשתלה”.

“הגישה האופטוגנטית מבוססת על ביטוי גנטי של תעלות יונים רגישות לאור (חלבונים שמקורם באצות), בתאי הגנגליון של הרשתית”, מסבירה ד”ר אינה ראוטסקי-גפן, שחקרה את שילוב ההולוגרפיה והאופטוגנטיקה ויישומן ברשתיות עיוורות בהנחיית פרופסור שהם ובסיוע חברים אחרים בצוות המחקר: ליאור גולן, ד”ר נאירוז פרח, עדי שכטר, לימור צור וד”ר ענבר ברוש. “תאי הגנגליון השקופים והבלתי רגישים לאור בהם מבוטאת התעלה, הופכים כך לחיישני אור ועשויים לעקוף באופן מעשי את תפקידה של הרשתית החיצונית. על מנת ליצור תפיסת ראייה משמעותית במוח, עלינו להיות מסוגלים להפעיל כמות גדולה של תאי עצב במקביל, כפי שקורה בתהליך הראייה הרגיל. בנוסף, יש לעשות זאת בדיוק זמני ומרחבי גבוה אשר יחקה את הפעילות ה’רגילה’ של הרשתית. תוצאות המחקר שלנו מדגימות כי גירוי אופטי של תאים אלו באמצעות מקרן הולוגרפי ייחודי, מאפשר הפעלה מקבילית של קבוצות גדולות של תאים עם דיוק מרחבי ברמת התא הבודד, דבר שאינו אפשרי בהפעלה חשמלית. כך סיפקנו הדגמה עקרונית ראשונה של גירוי אופטי הולוגרפי המאפשר שיחזור של פעילות תאית זהה לפעילות של רשתית תקינה, כבסיס לשיקום ביוני של הראייה”.

מערכת ההקרנה ההולוגרפית שפותחה במהלך המחקר מבוססת על עקרון אפנון הפאזות של אור, שלאחר מעבר דרך מערכת אופטית יוצר תמונה במישור המוקד. מערכת זו היא בעלת יעילות גבוהה יחסית ואינה “בזבזנית” מבחינה אנרגטית. החוקרים מציינים כי יעילות זו תהיה חשובה בשלב מתקדם יותר, בו יהיה צורך להפוך את המערכת למערכת עירור נישאת, אשר תהווה חלק אינטגרלי מ”תותב” ראייתי.

“יישומה של השיטה אינו מוגבל לשחזור הראייה בלבד”, מדגיש פרופסור שהם. “אסטרטגיות עירור הולוגרפי יכולות לאפשר בקרה גמישה על פעילות רשתות גדולות של תאי עצב המבטאים באופן מלאכותי תעלות רגישות לאור, ולסלול את הדרך להתקנים ולאפליקציות מדעיות ורפואיות נוספות שיסייעו ב’פיצוח הקוד’ ברשתות תאי העצב במוח”.

בתמונה: איור אילוסטרציה למערכת גירוי הולוגרפית עתידית מורכבת על גבי משקפיים שתשמש כ”תותב” ראייתי לעיוורים. תמונות ממצלמת וידאו ממוזערת יומרו בזמן אמת להולוגרמות המוקרנות באמצעות לייזר על תאי הרשתית (בחלק האחורי של העין) שהותמרו גנטית להיות רגישים לאור. איור: אינה גפן, רומן קנבסקי ושי שהם