Poznatky získané vďaka vesmírnym technológiám sa často uplatňujú aj v medicíne. Niektoré oxidy vytvorené v kozme by mohli nahradiť chýbajúce tyčinky a čapíky v ľudskom oku.
Zdravé očné pozadie obsahuje 130 miliónov tyčiniek a sedem miliónov čapíkov. Tieto biologické solárne bunky umiestnené v sietnici premieňajú svetelné signály na elektrické. Bez nich by sme boli slepí. Choroby, ktoré vyvolávajú degeneráciu tyčiniek a čapíkov, v súčasnosti pripravujú o zrak dva milióny ľudí na celom svete. "Ak by sa poškodené tyčinky alebo čapíky mohli nahradiť umelými, potom by ten, kto vplyvom degeneratívneho ochorenia oslepne, mohol znova vidieť," hovorí profesor na univerzite v Houstone Alex Ignatiev.
Z kozmu rýchlo do života
Ešte pred niekoľkými rokmi by bola táto myšlienka iba ťažko predstaviteľná, píše sa v správe NASA. Ale teraz vedci z Centra pre vesmírnu vákuovú epitaxiu (Space Vacuum Epitaxy Center -- SVEC) skúmajú tenkú fotocitlivú keramickú vrstvu, ktorá reaguje na svetlo podobne, ako tyčinky a čapíky. SVEC je komerčnou pobočkou NASA, ktorá spolupracuje s univerzitou v Houstone. Jej úlohou, rovnako ako v ďalších sedemnástich podobných centrách, je pomoc rýchlemu uplatneniu kozmického výskumu v bežnom živote.
Z testu vyplýva, že políčka nového keramického materiálu, umiestnené na filmoch, by mohli byť implantované do oka a obnovili by videnie. "Sú choroby, ktoré spôsobujú, že tyčinky a čapíky zanikajú, ale nervové vedenie zostane stále funkčné," hovorí A. Ignatiev. Práve v týchto prípadoch ich môžu tenké vrstvy keramických senzorov nahradiť. Výsledkom by potom bolo "bionické oko".
Umelé tyčinky a čapíky sa snažili vytvoriť aj vedci na iných univerzitách a vo výskumných inštitúciách, ale zvyčajne sa zamerali na fotodetektory na báze kremíka. Ten je však pre ľudský organizmus toxický a reaguje s tekutinami v oku. Tieto problémy sa keramickým detektorom darí obchádzať.
"Už robíme predbežné testy na biokompatibilnom materiáli a zdá sa, že sú úplne stabilné," hovorí prof. Ignatiev. Keramické detektory tvoria tenké filmy, ktoré postupne narastajú po jednotlivých atómoch a vrstvách na podložnom substráte -- teda metódou známou ako epitaxia. A dobre usporiadané epitaxné vrstvy majú tie najlepšie optické vlastnosti.
Skúsenosti s ich vytváraním získali vedci zo SVEC na Wake Shield Facility, družici v tvare disku s polomerom asi štyri metre, ktorú vyniesol na obežnú dráhu raketoplán. V kozme sa dosiahli podmienky pre rast tenkých oxidových filmov, ktoré pomohli vytvoriť keramické detektory pre projekt Bionické oko.
Oxid je lepší ako kremík
Tieto detektory pripomínajú ultratenké vrstvy na počítačových čipoch, takže sa dajú využiť skúsenosti z polovodičov a vytvárať z nich pole či skupiny rovnako ako pri počítačoch. Tieto skupiny sa potom radia do šesťbokých štruktúr, čím napodobňujú sústavu tyčiniek a čapíkov, ktorú majú nahradiť.
Toto prirodzené usporiadanie v detektore vyrieši aj ďalší problém -- umožní prívod živín do oka. "Všetky živiny prenikajú z očného pozadia a postupne sa dostávajú do popredia," hovorí Ignatiev. "Ak sa implantujú veľké a nepriepustné štruktúry, ako napríklad kremíkové detektory, oko začne atrofovať, teda zakrnievať. Ale keramické detektory tvoria jednotky veľké päť mikrónov, čo zodpovedá veľkosti čapíkov, a preto umožnia pretekanie živín okolo nich."
Umelá sietnica potom pozostáva zo stotisíc týchto drobných keramických detektorov, skupiny, ktorých sú pripevnené na polymérový film veľký jeden krát jeden milimeter -- táto veľkosť už vyhovuje aj chirurgom. Charles Garcia z University of Texas Medical School v Houstone hovorí: "Urobíme malý rez v bielej časti oka a sietnicu naddvihneme tekutinou, ktorú pod ňu vstrekneme. Vyzerá to podobne, ako keď sa urobí pľuzgier po spálení kože. Na tento malý pľuzgier potom umiestnime umelú sietnicu."
Niekoľko týždňov po aplikácii sa polymérový film rozpustí, ale detektory zostanú na mieste. Prvé skúšky na ľuďoch by sa mali začať už tento rok. Vedci sú však neistí v tom, ako bude mozog interpretovať neznáme náboje z umelých čapíkov a tyčiniek. Myslia si, že mozog by sa mohol prispôsobiť, aj keď bude treba dlhodobý tréning -- obdobne, ako keď sa dieťa po prvý raz učí rozoznávať tvary a farby.
"Z laboratória je na kliniku ešte dlhá cesta," poznamenáva Garcia. Zostáva totiž mnoho nezodpovedaných otázok: Budú keramické detektory fungovať? Ako dlho? V akom rozlíšení? Nič z toho však lekári nebudú vedieť, kým receptory pacientom nevoperujú. Napriek všetkým nejasnostiam dostal Ignatiev vyše dvesto žiadostí od pacientov, ktorí sa o tejto možnosti dozvedeli a chcú sa ponúknuť na pokusy.
Preklad infografiky
1 Bionické oko vytvorené v NASA
2 Vďaka technológii vyvinutej pre využitie v kozme vedci z americkej NASA vytvorili fotocitlivú keramickú vrstvu, ktorá by raz mohla byť implantovaná do ľudského oka, čím by sa obnovil stratený zrak.
3 Ďalší výskum však musí objasniť, ako bude mozog interpretovať rôzne druhy elektrických signálov dodávaných implantátom.
4 Očný implantát
Keramické mikroelektrovody nahradia časť sietnice s poškodenými tyčinkami a čapíkmi.
5 Rohovka
6 Zornička
7 Šošovka
8 Dúhovka
9 Svetlo
10 Virtuálne telo
11 Umelá sietnica
Vedci vytvorili vrstvu pozostávajúcu zo stotisíc drobných keramických mikroelektród, ich rozmer je porovnateľný s dvadsatinou šírky ľudského vlasu.
12 Optický nerv
13 Prierez sietnicou
14 Gangliové bunky
15 Tyčinky a čapíky
16 Implantát
17 Signály optickému nervu
18 Zdroj: NASA
A Zdravé oko
Milióny čapíkov a tyčiniek citlivých na svetlo a uložených na zadnej časti sietnice premieňajú svetelné signály na elektrické. Tie sa potom prenesú pomocou gangliových buniek uložených v sietnici do optického nervu a po "prečítaní" mozgom do zrakového centra.
B Slepota
Nefunkčné čapíky a tyčinky nedovoľujú, aby sa signál preniesol do mozgu. Tento stav môžu spôsobiť choroby, ako je degenerácia žltej škvrny alebo dedičná pigmentová zvrhlosť sietnice.
C Umelá sietnica
Keramická vrstva reaguje na svetlo rovnako ako tyčinky a čapíky, takže umožňuje priechod signálov do zrakového nervu a do mozgu. Keramický film nie je toxický a nenarúša prívod živín do oka, čo boli nevýhody implantátov na báze kremíka.