Нанотехнологии в медицине: первая жидкая протеза сетчатки

Исследователи из Итальянского технологического института (IIT) совершили революционный прорыв, создав искусственную жидкую протезу сетчатки для борьбы с последствиями таких заболеваний, как пигментный ретинит и возрастная макулярная дегенерация, которые приводят к прогрессирующей дегенерации фоторецепторов и слепоте. Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology.

Эта работа представляет собой новейшее достижение в области протезирования сетчатки и является развитием плоской искусственной сетчатки, созданной той же командой в 2017 году на основе органических полупроводниковых материалов (Nature Materials 2017, 16: 681-689).

Протеза «второго поколения» — биомиметическая, обеспечивает высокое пространственное разрешение и состоит из водного компонента, в котором суспендированы фотоактивные полимерные наночастицы размером 350 нанометров (примерно 1/100 диаметра волоса). Они заменят поврежденные фоторецепторы.

Экспериментальные результаты показывают, что стимуляция наночастиц естественным светом активирует нейроны сетчатки, уцелевшие при дегенерации, имитируя таким образом работу фоторецепторов у здоровых людей.

По сравнению с другими подходами, новая жидкая природа протезы обеспечивает быструю и менее травматичную операцию. Она заключается в микроинъекциях наночастиц непосредственно под сетчатку, где они остаются и заменяют дегенерировавшие фоторецепторы. Этот метод также повышает эффективность.

Собранные данные демонстрируют, что эта инновационная экспериментальная техника является достойной альтернативой существующим методам восстановления фоторецептивной способности нейронов сетчатки с сохранением их пространственного разрешения, закладывая прочную основу для будущих клинических испытаний на людях. Более того, разработка этих фоточувствительных наноматериалов открывает путь к новым применениям в нейронауке и медицине.

«Наши экспериментальные результаты подчеркивают потенциальную важность наноматериалов в разработке протез сетчатки второго поколения для лечения дегенеративной слепоты и представляют собой значительный шаг вперед», — прокомментировал Фабио Бенфенати. — «Создание жидкого искусственного имплантата сетчатки имеет большой потенциал для обеспечения широкого поля зрения и зрения с высоким разрешением. Заключение фотоактивных полимеров в частицы, которые меньше фоторецепторов, увеличивает активную поверхность взаимодействия с нейронами сетчатки, позволяет легко покрыть всю ее поверхность и масштабировать фотоактивацию до уровня отдельного фоторецептора».

«В этом исследовании мы применили нанотехнологии в медицине, — заключает Гульельмо Ланцани. — В частности, в наших лабораториях мы создали полимерные наночастицы, которые ведут себя как крошечные фотоэлектрические элементы на основе углерода и водорода — фундаментальных компонентов биохимии жизни. После инъекции в сетчатку эти наночастицы образуют небольшие агрегаты, сравнимые по размеру с нейронами, которые эффективно ведут себя как фоторецепторы».

«Хирургическая процедура субретинальной инъекции фотоактивных наночастиц минимально инвазивна и потенциально может повторяться с течением времени, в отличие от плоских протез сетчатки, — добавляет Грация Пертиле, руководитель отделения офтальмологии IRCCS Ospedale Sacro Cuore Don Calabria. — При этом она сохраняет преимущества полимерных протез, которые естественным образом чувствительны к свету, попадающему в глаз, и не требуют очков, камер или внешних источников энергии».

Исследование основано на доклинических моделях. Для превращения этой методики в клиническое лечение таких заболеваний, как пигментный ретинит и возрастная макулярная дегенерация, необходимы дальнейшие эксперименты.