Biomimetic scaffolds mimic human subretinal debris for preclinical testing of prosthetic vision

بالنسبة للملايين من الناس، يتلاشى العالم ببطء نحو الظلام بسبب حالة تسمى التنكس البقعي المرتبط بالسن. في أكثر أشكالها شدة، تموت ببساطة الخلايا الحساسة للضوء الموجودة في الجزء الخلفي من العين، والمعروفة باسم المستقبلات الضوئية. وبينما غالبًا ما تظل الخلايا التي تستقبل الإشارات من هذه المستقبلات الضوئية على قيد الحياة، إلا أن الاتصال ينقطع، مما يترك الدماغ دون مدخلات بصرية. ولاستعادة الإبصار، يعمل العلماء على تطوير غرسات إلكترونية دقيقة توضع تحت الشبكية. تعمل هذه الأجهزة كعيون اصطناعية، حيث تحول الضوء إلى نبضات كهربائية تحفز الخلايا العصبية المتبقية، آملين في خداع الدماغ ليرى مرة أخرى. ومع ذلك، هناك عقبة كبيرة في اختبار هذه الأجهزة؛ ففي المرضى البشر، غالبًا ما تبقى طبقة من الحطام الخلوي والأنسجة الندبية بين المستقبلات الضوئية الميتة والأعصاب الحية. تعمل هذه الطبقة مثل وسادة، تدفع الغرسة بعيدًا عن الخلايا المستهدفة. أما في الحيوانات المستخدمة في الاختبارات، مثل الجرذان، فهذه الوسادة غير موجودة، حيث تستقر الغرسة مباشرة مقابل الأعصاب. هذا الاختلاف يجعل من الصعب معرفة ما إذا كانت الغرسة الجديدة ستعمل بشكل جيد في عين الإنسان، حيث تكون المسافة أكبر ويجب أن تمر الإشارات الكهربائية عبر تلك الطبقة الإضافية من المواد.

لقد طور باحثون في جامعة ستانفورد وجامعة سنترال فلوريدا حلاً لمشكلة الاختبار هذه: وهو سقالة مجهرية ثلاثية الأبعاد تحاكي الحالة البشرية. لقد صنعوا شبكة مسامية دقيقة يمكن طباعتها مباشرة على سطح الغرسة. صُممت هذه الشبكة لإبقاء الخلايا العصبية الحية على مسافة محددة من الجهاز، تمامًا كما تفعل طبقة الحطام في عين الإنسان، مع السماح في الوقت نفسه للضوء بالمرور إلى الغرسة وللكهرباء بالتدفق إلى الأعصاب. اختبر الفريق هذه السقالات في الجرذان، مع تعديل حجم الثقوب في الشبكة لإيجاد التوازن المثالي. واكتشفوا أن فجوة قدرها 3 ميكرومترات كانت مثالية؛ حيث كان هذا الحجم صغيرًا بما يكفي لمنع الخلايا العصبية من الهجرة والنزول إلى داخل الغرسة، مما قد يفسد الاختبار، ولكنه كبير بما يكفي للسماح للسوائل البيولوجية والتيارات الكهربائية اللازمة بالتحرك بحرية.

عندما زُرعت هذه السقالات، خلقت مساحة مستقرة ومتحكم بها بين الجهاز والشبكية. ومع مرور الوقت، امتلأت المساحة الفارغة داخل السقالة طبيعيًا بمواد بيولوجية من العين، لتصبح كثيفة بما يكفي لتطابق الخصائص الكهربائية للأنسجة الموجودة لدى المرضى البشر. كان هذا التحول أمرًا بالغ الأهمية؛ ففي البداية، كانت المساحة مليئة بالسوائل، التي تنقل الكهرباء بسهولة مفرطة وتؤدي إلى تشويش الإشارة البصرية. ومع امتلاء المساحة بمواد تشبه الأنسجة، تحسنت وضوح الإشارة الكهربائية، وأصبحت قدرة الجرذان على رؤية الأنماط الدقيقة أكثر حدة. وجد الباحثون أن العتبات الكهربائية المطللة لتحفيز الأعصاب تغيرت تمامًا بنفس الطريقة التي تزداد بها المسافة في العين البشرية الطبيعية. وهذا يعني أن السقالة نجحت في إعادة إنشاء البيئة الصعبة للعين البشرية المصابة داخل نموذج الجرذ.

كما تناولت الدراسة مشكلة محددة تتعلق بالغرسات الأحدث والأكثر تقدمًا التي تستخدم أعمدة دقيقة للوصول إلى عمق الشبكية. فبدون وجود حاجز، تميل الخلايا العصبية في الجرذان إلى النمو حول هذه الأعمدة، والتحرك بالقرب من الجهاز أكثر مما هو مقصود. هذا الهجرة تغير كيفية وصول الكهرباء إلى الخلايا، مما يجعل نتائج الاختبار غير موثوقة. عملت هذه السقالات الجديدة كـ "سياج"، يحافظ على الخلايا العصبية عند قمة الأعمدة حيث يريدها الباحثون أن تكون. ومن خلال منع هذه الهجرة، ضمن الفريق بقاء المسافة بين القطب الكهربائي والخلية المستهدفة ثابتة ويمكن التنبؤ بها. سمح هذا بقياس مدى تأثير حجم بكسلات الغرسة والمسافة إلى الأعصاب على جودة الرؤية بدقة.

تشير النتائج إلى أن هذه السقالة المحاكية للبيئة الحيوية توفر طريقة أكثر دقة لاختبار الجيل القادم من أجهزة استعادة الإبصار. ومن خلال إعادة إنتاج الفصل الفيزيائي والمقاومة الكهربائية الموجودة لدى المرضى البشر، يجسد هذا النموذج الفجوة بين الدراسات الحيوانية والواقع السريري. وقد أكد الباحثون أن السقالة لم تمنع الضوء اللازم لتشغيل الغرسة، ولم تتدخل في تدفق الكهرباء، بل خلقت بيئة واقعية يمكن من خلالها تقييم أداء الغرسة بإنصاف. يضع هذا العمل معيارًا جديدًا للاختبارات قبل السريرية، مما يضمن أن الأجهزة التي يتم تطويرها في المختبر جاهزة حقًا للتعامل مع البيئة المعقدة والمليئة بالحطام في عين الإنسان.