Миллионы жителей США сталкиваются с нарушениями зрения — от лёгкой размытости до серьёзной потери способности видеть. Очки и контактные линзы помогают при многих распространённых проблемах, однако часть пациентов выбирает хирургическое вмешательство ради более долговременного результата. Ежегодно сотни тысяч американцев проходят корректирующие процедуры на глазах, включая LASIK (лазерную коррекцию зрения), при которой лазер изменяет форму роговицы, чтобы улучшить фокусировку света.
Сейчас учёные изучают принципиально иной подход. Вместо удаления ткани роговицы лазером они проверяют методику, которая на время делает роговицу достаточно гибкой для изменения формы. Первые опыты на ткани глаз кроликов показывают, что такой способ способен скорректировать зрение примерно за минуту — без разрезов и с гораздо более простым оборудованием, чем требуется для LASIK.
Роговица представляет собой прозрачную куполообразную оболочку на передней части глаза. Она играет ключевую роль в зрении, преломляя поступающий свет так, чтобы он фокусировался на сетчатке — светочувствительной ткани в задней части глаза. Сетчатка преобразует свет в сигналы, которые мозг воспринимает как изображения. Если кривизна роговицы неправильная, свет фокусируется неточно, что приводит к рефракционным ошибкам, например к миопии (близорукости), при которой удалённые предметы выглядят размытыми. LASIK исправляет такие проблемы, удаляя специальными лазерами строго определённые объёмы ткани роговицы и меняя её форму. Метод широко применяется и считается в целом безопасным, но он всё равно предполагает необратимое удаление ткани и может вызывать побочные эффекты и другие риски. Майкл Хилл, профессор химии в Оксидентал-колледже, формулирует это прямо: «LASIK — это просто навороченный способ делать традиционную операцию. Это всё ещё вырезание ткани — просто вырезание лазером».
Это подтолкнуло исследователей к другому вопросу: можно ли изменить форму роговицы вообще без разреза? Хилл и его коллега Брайан Вонг изучают методику под названием электромеханическое ремоделирование (EMR). Вместо физического удаления ткани EMR использует небольшой электрический потенциал, чтобы временно изменить химическую среду внутри ткани. «Весь эффект был обнаружен случайно, — объясняет Вонг, профессор и хирург Калифорнийского университета в Ирвайне. — Я рассматривал живые ткани как формуемый материал и открыл весь этот процесс химической модификации». Подход опирается на химию, которая помогает тканям сохранять свою форму. Роговица содержит много коллагена — структурного белка, который также встречается в коже, хрящах, сухожилиях и других тканях. В тканях, богатых коллагеном, электрически заряженные компоненты притягиваются друг к другу и помогают удерживать структуру жёсткой. Поскольку такие ткани содержат много воды, приложение электрического потенциала меняет их pH. Шкала pH показывает, насколько что-либо кислотное или основное. Снижение pH делает ткань более кислой и на время ослабляет часть электрических взаимодействий, которые поддерживают её жёсткость. В этот короткий промежуток ткань легче придать нужную форму. Когда нормальный pH возвращается, взаимодействия восстанавливаются, и ткань сохраняет новую форму.
Ранее исследователи уже применяли EMR для изменения формы богатых хрящом ушей кроликов, а также для коррекции рубцов и кожи у свиней. Роговица стала особенно интересной целью, поскольку именно её точная кривизна определяет, насколько эффективно глаз фокусирует свет. Для новых экспериментов учёные изготовили специальные платиновые «контактные линзы», которые должны были служить формами для нужной формы роговицы. Эти линзы накладывали на глазные яблоки кроликов, погружённые в солевой раствор, имитирующий естественные слёзы. Поскольку платина проводит электричество, линза одновременно работала как электрод. При подаче небольшого электрического потенциала внутри роговицы происходило точно контролируемое изменение pH. Примерно за минуту кривизна роговицы менялась, подстраиваясь под форму платиновой линзы. Это сопоставимо по времени с лазерной частью LASIK, однако экспериментальный метод EMR не требовал разреза и потенциально мог использовать более простое и дешёвое оборудование.
Метод проверили на 12 глазных яблоках кроликов. Десять из них обрабатывали так, как будто у них была миопия, то есть близорукость. Во всех этих «близоруких» глазах EMR изменило роговицу достаточно, чтобы достичь нужной фокусирующей силы. На практике такой тип оптического изменения, как ожидается, улучшил бы зрение, если бы тот же эффект в конечном счёте удалось безопасно воспроизвести в живом глазу. Важно, что клетки обработанных глаз пережили процедуру. Исследователи добились этого, тщательно контролируя градиент pH, чтобы химические изменения были достаточно сильными для изменения формы роговицы, но не вызывали чрезмерного повреждения. Эксперименты также намекнули на ещё одно возможное применение. В отдельных тестах учёные обнаружили, что EMR, возможно, способно устранять некоторые случаи помутнения роговицы, вызванного химическими причинами, — состояние, которое сейчас лечится только полной пересадкой роговицы. Если этот результат подтвердится в будущих исследованиях, методика потенциально может найти применение за пределами обычной коррекции зрения.
Несмотря на обнадёживающие результаты, исследователи подчёркивают, что EMR находится на очень ранней стадии. Пока эксперименты по коррекции зрения проводились на изолированных глазных яблоках кроликов, а не на живых животных. Следующий крупный шаг — то, что Вонг описывает как «долгий путь через детальные и точные исследования на животных», включая проверку методики на живом кролике. Учёным также предстоит определить, какие именно типы рефракционных ошибок способен исправлять EMR. Потенциально это могут быть близорукость, дальнозоркость и астигматизм — распространённое состояние, вызванное неправильной формой роговицы или хрусталика. Многие другие вопросы также требуют ответа, прежде чем подход можно будет широко тестировать на людях, включая то, насколько стабильно сохраняется новая форма со временем и возникают ли повторные или долгосрочные эффекты в живых глазах. Сейчас прогресс также замедляет неопределённость с научным финансированием команды. «Между тем, что мы сделали, и клиникой — долгая дорога. Но если мы до неё дойдём, эта методика будет широко применима, значительно дешевле и, возможно, даже обратима», — заключает Хилл. Исследование финансировалось Национальным институтом глаза в составе Национальных институтов здравоохранения и благотворительным фондом Джона Штауфера.