Новое исследование предполагает, что наночастицы золота — микроскопические частицы золота, которые в тысячи раз тоньше человеческого волоса — в будущем могут быть использованы для восстановления зрения у людей с макулярной дегенерацией и другими заболеваниями сетчатки.
В исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano, команда учёных показала, что наночастицы, введённые в сетчатку, могут успешно стимулировать зрительную систему и восстанавливать зрение у мышей с заболеваниями сетчатки.
Результаты показывают, что новый тип системы зрительных протезов, в которой наночастицы используются в сочетании с небольшим лазерным устройством, надеваемым на очки или защитные очки, в будущем может помочь людям с заболеваниями сетчатки снова видеть.
«Это новый тип сетчаточного протеза, который потенциально может восстановить зрение, потерянное из-за дегенерации сетчатки, без необходимости какой-либо сложной операции или генетической модификации», — говорит Цзяруй Не, исследователь из Национального института здравоохранения, которая руководила исследованием во время обучения в аспирантуре в Брауновском университете.
«Мы считаем, что эта методика потенциально может изменить парадигмы лечения дегенеративных заболеваний сетчатки».
Цзяруй Не выполняла работу в лаборатории Чонхвана Ли, доцента инженерного факультета Брауновского университета и сотрудника Института наук о мозге Карни Брауновского университета, который курировал работу и был старшим автором исследования.
Заболевания сетчатки, такие как макулярная дегенерация и пигментный ретинит, поражают миллионы людей в США и во всём мире. Эти состояния повреждают светочувствительные клетки сетчатки, называемые фоторецепторами — «палочки» и «колбочки», которые преобразуют свет в крошечные электрические импульсы. Эти импульсы стимулируют другие типы клеток дальше по зрительной цепочке, называемые биполярными и ганглионарными клетками, которые обрабатывают сигналы фоторецепторов и отправляют их в мозг.
Новый подход использует наночастицы, вводимые непосредственно в сетчатку, чтобы обойти повреждённые фоторецепторы. Когда инфракрасное излучение фокусируется на наночастицах, они генерируют небольшое количество тепла, которое активирует биполярные и ганглионарные клетки почти так же, как это делают импульсы фоторецепторов. Поскольку такие заболевания, как макулярная дегенерация, поражают в основном фоторецепторы, оставляя биполярные и ганглионарные клетки нетронутыми, этот метод потенциально может восстановить потерянное зрение.
В новом исследовании команда учёных протестировала подход с использованием наночастиц на сетчатке мышей и на живых мышах с заболеваниями сетчатки. После введения жидкого раствора наночастиц исследователи использовали структурированный ближний инфракрасный лазерный свет для проецирования фигур на сетчатку. Используя кальциевый сигнал для обнаружения клеточной активности, команда подтвердила, что наночастицы стимулировали биполярные и ганглионарные клетки в соответствии с фигурами, проецируемыми лазером.
Эксперименты показали, что ни раствор наночастиц, ни лазерная стимуляция не вызвали заметных побочных эффектов, о чём свидетельствуют метаболические маркеры воспаления и токсичности. Используя зонды, исследователи подтвердили, что лазерная стимуляция наночастиц вызывала повышенную активность в зрительных корках мозга мышей — признак того, что ранее отсутствующие зрительные сигналы передавались и обрабатывались мозгом.
По словам исследователей, это признак того, что зрение было хотя бы частично восстановлено, что является хорошим знаком для потенциального применения аналогичной технологии у людей.
Для использования человеком исследователи предполагают систему, которая сочетает наночастицы с лазерной системой, установленной в очках или защитных очках. Камеры в очках будут собирать данные об изображении из внешнего мира и использовать их для управления паттерном инфракрасного лазера. Затем импульсы лазера будут стимулировать наночастицы в сетчатке людей, позволяя им видеть.
Этот подход похож на тот, который несколько лет назад был одобрен Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для использования человеком. Более старый подход сочетал в себе систему камер с небольшой электродной решёткой, которая хирургически имплантировалась в глаз. По словам Не, у подхода с использованием наночастиц есть несколько ключевых преимуществ.
Во-первых, он гораздо менее инвазивен. В отличие от хирургии, «интравитреальная инъекция — одна из самых простых процедур в офтальмологии», — говорит Не.
Есть и функциональные преимущества. Разрешение предыдущего подхода было ограничено размером электродной решётки — около 60 квадратных пикселей. Поскольку наночастичный раствор покрывает всю сетчатку, новый подход потенциально может охватывать всё поле зрения человека. А поскольку наночастицы реагируют на ближний инфракрасный свет, а не на видимый, система не обязательно мешает остаточному зрению, которое человек может сохранить.
По словам Не, необходимо провести дополнительную работу, прежде чем этот подход можно будет применить в клинических условиях, но эти ранние исследования показывают, что это возможно.
«Мы показали, что наночастицы могут оставаться в сетчатке в течение нескольких месяцев без серьёзной токсичности, — говорит Не о своём исследовании. — И мы показали, что они могут успешно стимулировать зрительную систему. Это вселяет оптимизм в отношении будущих применений».
Дополнительные соавторы исследования — из Пусанского национального университета и Брауновского университета.
Финансирование исследования было предоставлено Национальным институтом здравоохранения, Национальным институтом глаз, Китайским советом по присуждению стипендий, Саудовской Аравийской культурной миссией и южнокорейской программой «Проект алхимика».
Источник: Брауновский университет.