Μάτια «αειθαλή» και «έξυπνα»

Μετά τον εγκέφαλο, τα μάτια μας είναι σίγουρα ό,τι πιο πολύτιμο έχουμε, ιδιαίτερα στον αιώνα του οπτικοποιημένου πολιτισμού. Και ενόσω αυτή η πύλη εισόδου κάθε πληροφορίας που διεκδικεί τη μετατροπή της σε γνώση διευρύνεται, τόσο τα κρούσματα εξασθένησης της όρασης πολλαπλασιάζονται. Προφανώς από την πρόωρη κόπωση, λόγω εξαντλητικής τηλοψίας –όχι πια από το διάβασμα βιβλίων ή εφημερίδων. Αν προσθέσουμε στην εξίσωση και την αύξηση του προσδόκιμου ηλικίας, το προμήνυμα προκύπτει σαφές: κινδυνεύουμε να γεράσουμε με μάτια θολά, με όραση αδύναμη να παρακολουθεί τα τεκταινόμενα γύρω μας.

Η αλήθεια είναι ότι τα τελευταία χρόνια η επιστήμη μάς έχει δώσει υποσχέσεις για τεχνολογική ανατροπή αυτής της πορείας φθοράς. Και, μάλιστα, μας έχει υποσχεθεί όχι μόνο βιονικά πανίσχυρα μάτια αλλά και μάτια «έξυπνα» που θα μας βοηθούν να ελέγχουμε διαρκώς την κατάσταση της υγείας μας, συνολικά. Χαρακτηριστικοί φορείς αυτής της υπόσχεσης ήταν οι δύο ευρεσιτεχνίες που κατοχύρωσε η Google, το 2014, για φακούς επαφής που θα ενσωμάτωναν εύκαμπτα ηλεκτρονικά κυκλώματα με αισθητήρες, οι οποίοι με τη σειρά τους θα μετρούσαν στα δακρυϊκά υγρά μας τον δείκτη σακχάρου στον οργανισμό μας. Την ίδια χρονιά, η Samsung κατοχύρωσε επίσης πατέντα για «εμφύτευση οθόνης σε φακό επαφής», ώστε ο κάτοχος του φακού να μπορεί ανά πάσα στιγμή να συνδεθεί οπτικά –και άμεσα –με τον υπολογιστή του και το Διαδίκτυο.

Οι υποσχέσεις αυτές δεν υλοποιήθηκαν ακόμη σε εμπορικά διαθέσιμα προϊόντα λόγω κυρίως δύο μειονεκτημάτων: τα ηλεκτρονικά μέρη των εμφυτευμάτων δεν μπορούσαν να είναι ολότελα διαφανή (οπότε ενοχλούσαν οπτικά) ή ολότελα βιοσυμβατά (οπότε ερέθιζαν ή και τραυμάτιζαν τα μάτια). Τα εμπόδια αυτά αναμένεται να παραμεριστούν εφέτος, σύμφωνα τουλάχιστον με τις προαναγγελίες των εργασιών που θα παρουσιασθούν στις 20-24 Αυγούστου 2017, στην 254η Εκθεση της Αμερικανικής Ενωσης Χημικών (ACS). Στο μεταξύ, όμως, δύο δημοσιεύσεις στο επιστημονικό περιοδικό Νature «έκλεψαν τη δόξα στο φτερό» καθώς και οι δύο παρέχουν λύση διάφανη και βιοσυμβατή.

Η πρώτη εργασία, που δημοσιεύθηκε στις 18 Απριλίου (βλ. www.nature.com/articles/srep46585), μιλούσε για το πρώτο βήμα στην επίτευξη «ανταλλακτικού τού αμφιβληστροειδούς» από βιοσυμβατά υλικά. Συγκεκριμένα, μία εξαμελής ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, με επικεφαλής την 24χρονη Κολομβιανή Βανέσα Ρεστρέπο-Σιλντ (Vanessa Restrepo-Schild), κατόρθωσε να αναπτύξει ένα αντίγραφο του φυσικού αμφιβληστροειδούς από ένα ζελατινοειδές στρώμα με φουσκίτσες νερού (υδρογέλες) που είχαν εμποτισθεί με πρωτεΐνες ροδοψίνης του αλόφιλου Halobacterium salinarum.

Θυμίζουμε στο σημείο αυτό ότι η όρασή μας δημιουργείται «φωτογραφικά» στον αμφιβληστροειδή χιτώνα που βρίσκεται στο πίσω μέρος του ματιού μας, μέσω της ενεργοποίησης πρωτεϊνικών κυττάρων. Αυτά «ξυπνούν» όταν δέχονται φως και το μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα που ταξιδεύουν μέσω του οπτικού νεύρου. Φθάνοντας στον εγκέφαλο, τα ηλεκτρικά αυτά σήματα ενεργοποιούν τη σχηματοποίηση της εικόνας που είδαν αρχικά τα μάτια μας.

Για να μιμηθεί τον φυσικό αμφιβληστροειδή, η Βανέσα Ρεστρέπο-Σιλντ σκέφθηκε ότι θα έπρεπε να δημιουργήσει εικονοστοιχεία (pixels) όπως εκείνα που μετατρέπουν το φως σε εικόνα στην ψηφιακή φωτογραφική μηχανή. Ομως, δεν ήθελε να καταφύγει σε ανόργανα υλικά, καθώς οι όποιες τέτοιες προσπάθειες σύνθεσης αμφιβληστροειδούς είχαν καταλήξει σε απόρριψη από τον ανθρώπινο οργανισμό. Επρεπε να είναι κάτι απολύτως βιοσυμβατό αλλά εξίσου αποδοτικό. Τότε σκέφθηκε τα παράξενα πρωτόζωα ονόματι Αρχαία, που δίνουν το ρόδινο χρώμα στα φύκη που εμφανίζονται στις θάλασσες του Μεσημβρινού. Ιδιαίτερα το Halobacterium salinarum είναι ένα πρωτόζωο που επιβιώνει σε οσοδήποτε αλμυρές και άνευ οξυγόνου συνθήκες. Χρησιμοποίησε λοιπόν τέτοιες κυτταροκαλλιέργειες στις φουσκίτσες νερού που είχε εγκλωβίσει σε γέλη αγαρόζης και διαπίστωσε ότι όντως η ροδοψίνη των πρωτόζωων παρήγαγε το απαραίτητο ηλεκτρικό σήμα για τη διέγερση του οπτικού νεύρου.

Προς το παρόν, το «ανταλλακτικό αμφιβληστροειδούς» που βάλθηκε να φτιάξει η κολομβιανή ερευνήτρια είναι ακόμη ένα βασικό πρωτότυπο που «αναγνωρίζει σχήματα» και «καταλαβαίνει διαβαθμίσεις του γκρι». Είναι δηλαδή μια… φωτογραφική μηχανή του 19ου αιώνα. Η Βανέσα Ρεστρέπο-Σιλντ έχει καταθέσει αίτημα αναγνώρισης ευρεσιτεχνίας για τη διάταξη και η επόμενη φάση εργασίας της ερευνητικής ομάδας περιλαμβάνει την επέκταση του αντιγράφου ώστε να αναγνωρίζει διαφορετικά χρώματα, σχήματα και σύμβολα. Επίσης, η έρευνα θα συμπεριλάβει δοκιμές σε ζώα και μια σειρά κλινικών δοκιμών σε ανθρώπους, προτού η διάταξη γίνει αποδεκτή ως βιονικό εμφύτευμα που θα συμβάλει στη θεραπεία εκφυλιστικών παθήσεων του οφθαλμού.

Οπως σας είχαμε περιγράψει όταν πρωτοδημοσιεύθηκε η έρευνα της Google (βλ. www.tovima.gr/science/article/?aid=560739), τα μάτια μας μπορούν –κατ’ ελάχιστον –να είναι ταυτόχρονα και πιεσόμετρα και γλυκόμετρα. Ενώ λοιπόν η Google, η Microsoft, το ΜΙΤ και διάφορα ερευνητικά κέντρα ανά την υφήλιο αποδύθηκαν στην ανάπτυξη μικροκυκλωμάτων που θα προσέφεραν αυτά τα «εντός φακού κέντρα ελέγχου υγείας», κανείς δεν κατάφερε να τα κάνει αποδεκτά από τα μάτια των ασθενών που δοκιμάστηκαν. Αλλοτε έφταιγε η δυσκαμψία των υλικών που προκαλούσε φλεγμονές και άλλοτε η οπτική παρεμβολή τους στο πεδίο της όρασης που έφερε τον εκνευρισμό και την κόπωση σε όσους τα δοκίμαζαν.

Τώρα, στις 27 Απριλίου 2017 για την ακρίβεια (βλ. www.nature.com/articles/ncomms14997), τέσσερις καθηγητές πανεπιστημίων της Νότιας Κορέας και εννιά βοηθοί τους «έβαλαν σε όλους τα γυαλιά». Δηλαδή, ο καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικής των Υλικών Jang-Ung Park, ο καθηγητής Επιστημών Ζωής Chang Young Lee και ο καθηγητής Ηλεκτρολογίας και Μηχανικής των Υπολογιστών Franklin Bien του κορεατικού Εθνικού Ινστιτούτου Επιστήμης και Tεχνολογίας (UNIST), σε συνεργασία με τον καθηγητή Οφθαλμολογίας Hong Kyun Kim και τον καθηγητή Eσωτερικής Iατρικής Kwi-Hyun Bae, του Πανεπιστημίου του Kyungpook (KNU), κατόρθωσαν να ενσωματώσουν με επιτυχία σε φακούς επαφής εύκαμπτους και διαφανείς αισθητήρες επόπτευσης προσωπικής υγείας, που επικοινωνούν μέσω WiFi χωρίς ανάγκη μπαταρίας.

Το μυστικό της επιτυχίας των Κορεατών έγκειται στο ότι χρησιμοποίησαν ένα νανόσυρμα από γραφένιο και άργυρο (graphene-AgNW). Αυτό το υβρίδιο ινών νανοάνθρακα και μεταλλικών ιχνοστοιχείων κατορθώνει να παραμένει διαφανές, να κάμπτεται χωρίς να σπάει και να εμφανίζει εξαιρετικές ηλεκτρομηχανικές ιδιότητες. Κατόρθωσαν λοιπόν να φτιάξουν ένα κανάλι γραφενίου στην περίμετρο ενός φακού επαφής, όπου τα δακρυϊκά υγρά οδηγούνται ως «απορροή» και μετρούνται ως προς τη γλυκόζη που περιέχουν. Με αυτόν τον τρόπο ο φέρων τον φακό επαφής έχει διαρκώς μέτρηση του γλυκαιμικού δείκτη του. Επειτα, η μέτρηση αυτή κατευθύνεται προς έναν διαφανή δακτύλιο ίνας γραφενίου, στο εσωτερικό του φακού επαφής, που παίζει τον ρόλο παθητικής κεραίας WiFi. Από εκεί συλλαμβάνει την μέτρηση το όποιο σύστημα επόπτευσης υγείας σχετίζεται με τον φέροντα τον φακό επαφής, είτε είναι αυτό μια συσκευή του ασθενούς ή ένας υπολογιστής του ιατρού που τον παρακολουθεί.

Για τη μέτρηση της πίεσης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα διελεκτρικό στρώμα ελαστομερούς σιλικόνης (ecoflex) ανάμεσα σε δύο σπειροειδή ηλεκτρόδια γραφενίου-αργύρου. Η αύξηση της πίεσης συμπιέζει το ελαστομερές ενώ η μείωσή της το διογκώνει. Τα ηλεκτρόδια μετρούν το πάχος του και στέλνουν τη μέτρηση μέσω της κεραίας στο σύστημα επόπτευσης. Σε όλες τις δοκιμές το υβρίδιο γραφενίου-αργύρου απέδειξε ότι αντεπεξέρχεται στην όποια κάμψη ή στρέψη του φακού επαφής, χωρίς να αλλοιώνονται οι μετρήσεις.

Για την ώρα, ο μόνος έμβιος οργανισμός που δοκίμασε αυτόν το «έξυπνο» φακό επαφής –και… δεν διαμαρτυρήθηκε –ήταν ένα κουνέλι. Προσεχώς, ίσως σας τον προτείνει ο παθολόγος σας.