Исследователи из Университета Брауна представили технологию, способную радикально изменить подход к восстановлению зрения у людей с макулярной дегенерацией и другими дегенеративными заболеваниями сетчатки. Основу этого метода составляют золотые наночастицы, которые в сочетании с инфракрасным лазером позволяют обойти повреждённые фоторецепторы и напрямую стимулировать оставшиеся клетки сетчатки.
Разработанная система действует по принципу: золотые наночастицы вводятся в сетчатку глаза с помощью инъекции, а затем активируются направленным инфракрасным лазером. При нагреве наночастицы вызывают возбуждение биполярных и ганглиозных клеток — тех, что остаются функциональными даже при серьёзном повреждении колбочек и палочек. Это позволяет передавать визуальную информацию в головной мозг, несмотря на гибель основных фоторецепторов.
Методика уже прошла успешные испытания на мышах с моделями дегенеративных заболеваний сетчатки. В ходе экспериментов учёные вводили жидкий раствор с золотыми наночастицами в глаза животных, после чего с помощью специального лазера проецировали различные формы на сетчатку. Реакцию клеток отслеживали по кальциевым сигналам, что подтверждало активацию биполярных и ганглиозных клеток в точном соответствии с формой лазерного рисунка.
Проверка на наличие побочных эффектов показала отсутствие токсичности и воспалительных процессов: маркеры метаболизма у подопытных животных оставались в норме. Более того, наночастицы сохранялись в сетчатке на протяжении нескольких месяцев без негативных последствий.
В результате активации наночастиц отмечалась усиленная активность в зрительной коре головного мозга мышей, что свидетельствовало о восстановлении передачи зрительных сигналов. По словам руководителя исследования Цзярюя Ни, который ныне работает в Национальных институтах здравоохранения США, «это новый тип ретинального протеза, который способен восстановить зрение при дегенерации сетчатки без необходимости сложной операции или генетической модификации».
В отличие от ранее одобренных систем, основанных на вживлении электродных матриц с камерой (например, имплантат сетчатки с разрешением около 60 пикселей), новая технология менее инвазивна. Она требует только стандартной офтальмологической инъекции, а наночастицы равномерно покрывают сетчатку, обеспечивая потенциально более высокое разрешение и широкий угол обзора. К тому же использование инфракрасного света делает метод совместимым с остаточным зрением пациента и не мешает оставшейся функции фоторецепторов.
В перспективе вся система может быть интегрирована в обычные очки или защитные очки: миниатюрная камера фиксирует изображение, после чего инфракрасный лазер проецирует соответствующий световой паттерн на сетчатку через раствор наночастиц, позволяя мозгу обрабатывать зрительную информацию.
Как отметил Цзярюй Ни: «Мы показали, что наночастицы могут находиться в сетчатке месяцами без серьёзной токсичности... Это очень обнадёживает для будущих применений». Старший автор работы, профессор Джонгван Ли, курировал исследование на кафедре инженерии Университета Брауна и в Институте мозга Карни.
По данным журнала ACS Nano, где были опубликованы результаты, дальнейшие исследования необходимы для перехода к клиническим испытаниям у людей. Однако уже сейчас технология рассматривается как потенциально прорывная для лечения таких заболеваний, как макулярная дегенерация и ретинит пигментозный, от которых страдают миллионы людей по всему миру.
Изображение носит иллюстративный характер
Разработанная система действует по принципу: золотые наночастицы вводятся в сетчатку глаза с помощью инъекции, а затем активируются направленным инфракрасным лазером. При нагреве наночастицы вызывают возбуждение биполярных и ганглиозных клеток — тех, что остаются функциональными даже при серьёзном повреждении колбочек и палочек. Это позволяет передавать визуальную информацию в головной мозг, несмотря на гибель основных фоторецепторов.
Методика уже прошла успешные испытания на мышах с моделями дегенеративных заболеваний сетчатки. В ходе экспериментов учёные вводили жидкий раствор с золотыми наночастицами в глаза животных, после чего с помощью специального лазера проецировали различные формы на сетчатку. Реакцию клеток отслеживали по кальциевым сигналам, что подтверждало активацию биполярных и ганглиозных клеток в точном соответствии с формой лазерного рисунка.
Проверка на наличие побочных эффектов показала отсутствие токсичности и воспалительных процессов: маркеры метаболизма у подопытных животных оставались в норме. Более того, наночастицы сохранялись в сетчатке на протяжении нескольких месяцев без негативных последствий.
В результате активации наночастиц отмечалась усиленная активность в зрительной коре головного мозга мышей, что свидетельствовало о восстановлении передачи зрительных сигналов. По словам руководителя исследования Цзярюя Ни, который ныне работает в Национальных институтах здравоохранения США, «это новый тип ретинального протеза, который способен восстановить зрение при дегенерации сетчатки без необходимости сложной операции или генетической модификации».
В отличие от ранее одобренных систем, основанных на вживлении электродных матриц с камерой (например, имплантат сетчатки с разрешением около 60 пикселей), новая технология менее инвазивна. Она требует только стандартной офтальмологической инъекции, а наночастицы равномерно покрывают сетчатку, обеспечивая потенциально более высокое разрешение и широкий угол обзора. К тому же использование инфракрасного света делает метод совместимым с остаточным зрением пациента и не мешает оставшейся функции фоторецепторов.
В перспективе вся система может быть интегрирована в обычные очки или защитные очки: миниатюрная камера фиксирует изображение, после чего инфракрасный лазер проецирует соответствующий световой паттерн на сетчатку через раствор наночастиц, позволяя мозгу обрабатывать зрительную информацию.
Как отметил Цзярюй Ни: «Мы показали, что наночастицы могут находиться в сетчатке месяцами без серьёзной токсичности... Это очень обнадёживает для будущих применений». Старший автор работы, профессор Джонгван Ли, курировал исследование на кафедре инженерии Университета Брауна и в Институте мозга Карни.
По данным журнала ACS Nano, где были опубликованы результаты, дальнейшие исследования необходимы для перехода к клиническим испытаниям у людей. Однако уже сейчас технология рассматривается как потенциально прорывная для лечения таких заболеваний, как макулярная дегенерация и ретинит пигментозный, от которых страдают миллионы людей по всему миру.
