Nanoimplantti palautti näön hiirille ja kädellisten eläimille, antaen heille ihmistä paremman näön. Tämä läpimurto voi hyödyttää 200 miljoonaa ihmistä ympäri maailmaa.
Sisällysluettelo
Kiinalainen tutkijaryhmä on tehnyt potentiaalisesti vallankumouksellisen läpimurron geneettisen sokeuden hoidossa käyttämällä telluuria, mineraalia, joka on yhtä harvinainen kuin platina, luodakseen keinotekoisen verkkokalvon , joka paitsi palauttaa sokeiden kädellisten näön , myös antaa heille epätavallisen kyvyn nähdä infrapunasäteilyä, mikä on mahdotonta tavalliselle ihmisen silmälle.
Tutkimus, joka julkaistiin 5. toukokuuta arvostetussa Science-lehdessä, tehtiin Wang Shuiyuanin johdolla, joka on tutkija Fudanin yliopiston integraalipiirien ja mikroelektroniikan korkeakoulussa Shanghaissa. Tulokset avaavat lupaavan tien ihmisten sokeuden hoitoon, erityisesti niillä, jotka kärsivät verkkokalvon rappeuttavista sairauksista.
Mitä he keksivät?
Tellur on erittäin harvinainen hopeanvalkoinen metalloidinen alkuaine maankuoressa, jonka harvinaisuus on verrattavissa platinaan. Kiina hallitsee luonnollisesti tämän mineraalin maailmanlaajuista tuotantoa ja tuottaa noin 76 % maailman tellumista Yhdysvaltain geologisen tutkimuslaitoksen mukaan: noin 750 tonnia vuonna 2024.
Tämä puolimetallinen alkuaine omaa poikkeukselliset valosähköiset ominaisuudet, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin optoelektronisiin sovelluksiin. Sen kyky muuntaa sekä näkyvä valo että infrapunasäteily sähköenergiaksi ilman paristoja tekee siitä ainutlaatuisen. Tiheydeltään 6,24 g/cm³ ja sulamispisteeltään 449,51 °C tellu on kuusikulmainen kiteinen rakenne, joka edistää sen poikkeuksellisia puolijohdeominaisuuksia.
Vanin tiimi käytti kemiallista saostusprosessia vain 150 nanometrin paksuisen telluurin nanopuun valmistamiseen – se on kymmenen kertaa ohuempi kuin ihokarva – ja kontrolloi sen kasvua verkostojen muodostamiseksi, jotka toimivat verkkokalvon nanokehinä.
Nämä nanolankojen massiivit tuottavat jopa 30 ampeerin valovirran neliösenttimetriä kohti, mikä on korkein arvo kaikista verkkokalvon proteesimateriaaleista, ja reagoivat aallonpituuksiin näkyvästä valosta 1550 nanometriin lähi-infrapunaspektrissä , mikä ylittää huomattavasti aiempien lähestymistapojen alueen.
Näiden laitteiden implantointi geneettisesti sokeille hiirille antoi hämmästyttäviä tuloksia. Eläimillä alkoi palautua pupillirefleksi ja kyky paikantaa valonlähteitä vain päivää leikkauksen jälkeen. Kuvien tunnistustesteissä implantoidut hiiret eivät vain palauttaneet normaalia näköään, vaan myös ylittivät terveet hiiret infrapunasäteilyn havaitsemisessa, joka on täysin näkymätöntä ihmisten kaltaisille nisäkkäille.
”Implantin saaneilla hiirillä infrapunasignaalien havaitsemisen oikeiden reaktioiden osuus oli noin 67 prosenttia , kun tavallisilla hiirillä tämä luku oli vain 12 prosenttia”, selittää Eduardo Fernández , biologinen antropologi Yellen yliopistosta ja Amerikan tiedeakatemian jäsen, joka kirjoitti kommentin samaan Science-lehden numeroon.
Yksinkertainen ja superkykyinen
Tämän teknologian todella vallankumouksellinen piirre on sen yksinkertaisuus ja biologinen yhteensopivuus. Toisin kuin nykyaikaiset verkkokalvoproteesit, jotka tarvitsevat ulkoisia virtalähteitä, kameroita ja tilaa vieviä ohjausmoduuleja, TeNWN-pohjainen laite toimii itsenäisesti ilman ulkoista virtalähdettä.
Proteesi implantoidaan minimaalisesti invasiivisella ja palautuvalla subretinaalisella toimenpiteellä ilman, että tarvitaan tilaa vieviä silmälaseja tai sähköisiä latauslaitteita. ”Nanoproteesi tuottaa voimakkaita valovirtoja, jotka aktivoivat jäljellä olevan verkkokalvon kontuurin toimintahäiriöisessä silmässä. Se toimii yksinkertaisen subretinaalisen implantaatioleikkauksen avulla ja välttää tilaa vievät silmän sisäiset ja ulkoiset komponentit”, tutkijat toteavat.
Sokeilla makakeilla tehdyssä kokeessa se ei aiheuttanut komplikaatioita ja osoittautui pitkäaikaisesti biologisesti yhteensopivaksi. Vielä yllättävämpää on, että kun se implantoitiin normaalinäköisille makakeille, se lisäsi niiden herkkyyttä infrapunasäteilylle vaikuttamatta niiden normaaliin näköön, mikä avasi mahdollisuuden laajentaa ihmisen näkökykyä nykyisten biologisten rajojen ulkopuolelle.
Tämä läpimurto voi potentiaalisesti hyödyttää 200 miljoonaa potilasta ympäri maailmaa, jotka kärsivät sokeudesta tai verkkokalvosairauksista. Potilailla, joilla on vakavia silmäsairauksia, kuten makuladegeneraatio, infrapunakuvaus voi periaatteessa auttaa näkemään hämärässä ja pimeässä.
Sama Fudanin yliopiston laboratorio kehitti vuonna 2023 ensimmäisen keinotekoisen verkkokalvon, joka koostuu titaanidioksidin nanolankamatriiseista ja joka palautti näkökyvyn sokeille hiirille ja ihmisapinoille. Tämän nanolangan pohjalta vuonna 2023 tehtyjä kliinisiä kokeita tehdään jo Fudanin yliopistoon liittyvissä sairaaloissa, mutta toistaiseksi ei ole tietoa TeNWN-nanolangan mahdollisista kliinisistä kokeista ihmisillä. ”Wangin kehittämä metodologia mahdollistaa uuden sukupolven laitteiden kehittämisen, jotka pystyvät muuntamaan valon hermosolujen stimulaatiosignaaleiksi ja palauttamaan rajoitetun, mutta hyödyllisen näön monille sokeille ihmisille”, Fernandez sanoo.
Strategiset ja taloudelliset vaikutukset
Kiinan hallitseva asema tellumin tuotannossa on merkittävä geopoliittinen ja taloudellinen tekijä. Aasian maa on paitsi maailman suurin tuottaja myös suurin kuluttaja tätä strategisesti tärkeää mineraalia. Helmikuussa 2025 Kiina ilmoitti uusista vientirajoituksista telluurille ja muille edistyneille ja sotilasteknologioille elintärkeille alkuaineille vastauksena Trumpin hallinnon asettamiin tulleihin.
Telluri on yhä tärkeämpi useissa strategisissa uusissa teollisuudenaloissa, kuten puolijohteiden lämpösähköisessä jäähdytyksessä, aurinkokennoissa ja infrapunasondissa. Se on avainelementti kadmiumtelluridipohjaisten (CdTe) aurinkokennojen valmistuksessa, jotka ovat toiseksi yleisin valosähköinen teknologia maailmassa piin jälkeen.
Ennusteiden mukaan tellun kysyntä nousee 8 782 tonnista 12 957 tonniin vuoteen 2050 mennessä, pääasiassa valosähköisen teollisuuden ansiosta. Tämä uusi läpimurto lääketieteellisissä sovelluksissa vain lisää mineraalin strategista merkitystä ja vahvistaa entisestään Kiinan asemaa vielä yhdessä toimitusketjussa.
