Golden Eyes: hoe gouden nanodeeltjes op een dag kunnen helpen om de visie van mensen te herstellen

Een nieuwe studie door onderzoekers van Brown University suggereert dat gouden nanodeeltjes – microscopische stukjes goud duizenden keren dunner dan een menselijk haar – op een dag kunnen worden gebruikt om het zicht te herstellen bij mensen met maculaire degeneratie en andere retinale aandoeningen.

In een studie gepubliceerd in het dagboek ACS nanohet onderzoeksteam heeft aangetoond dat nanodeeltjes die in het netvlies worden geïnjecteerd, het visuele systeem met succes kunnen stimuleren en het gezichtsvermogen bij muizen met netvliesaandoeningen kunnen herstellen. De bevindingen suggereren dat een nieuw type visuele prothesesysteem waarin nanodeeltjes, gebruikt in combinatie met een klein laserapparaat dat in een bril of een bril wordt gedragen, op een dag mensen met retinale aandoeningen kunnen helpen om opnieuw te zien.

“Dit is een nieuw type retinale prothese dat het potentieel heeft om de visie te herstellen die verloren is gegaan door de netvliesdegeneratie zonder enige vorm van gecompliceerde chirurgie of genetische modificatie te vereisen,” zei Jiarui Nie, een postdoctorale onderzoeker bij de National Institutes of Health die het onderzoek leidde tijdens het voltooien van haar Ph.D. bij Brown. “Wij geloven dat deze techniek mogelijk behandelingsparadigma’s zou kunnen transformeren voor degeneratieve omstandigheden voor retinale.”

Nie voerde het werk uit tijdens het werk in het lab van Jonghwan Lee, universitair hoofddocent aan Brown’s School of Engineering en een faculteitsfiliaal bij Brown’s Carney Institute for Brain Science, die toezicht hield op het werk en diende als senior auteur van de studie.

Retinale aandoeningen zoals maculaire degeneratie en retinitis pigmentosa beïnvloeden miljoenen mensen in de VS en de overal. Deze omstandigheden beschadigen lichtgevoelige cellen in het netvlies genaamd fotoreceptoren-de “staven” en “kegels” die licht omzetten in kleine elektrische pulsen. Die pulsen stimuleren andere soorten cellen verder op de visuele keten genaamd bipolaire en ganglioncellen, die de fotoreceptorsignalen verwerken en naar de hersenen sturen.

Deze nieuwe aanpak maakt gebruik van nanodeeltjes die rechtstreeks in het netvlies worden geïnjecteerd om beschadigde fotoreceptoren te omzeilen. Wanneer infraroodlicht is gericht op de nanodeeltjes, genereren ze een kleine hoeveelheid warmte die bipolaire en ganglioncellen activeert op vrijwel dezelfde manier als fotoreceptorpulsen. Omdat aandoeningen zoals maculaire degeneratie voornamelijk fotoreceptoren beïnvloeden, terwijl bipolaire en ganglioncellen intact blijven, kan de strategie de verloren visie herstellen.

In deze nieuwe studie testte het onderzoeksteam de nanodeeltjesbenadering in muis -netvlies en in levende muizen met netvliesaandoeningen. Na het injecteren van een vloeibare nanodeeltjesoplossing, gebruikten de onderzoekers een patroon met bijna-infrarood laserlicht om vormen op de netvlies te projecteren. Met behulp van een calciumsignaal om cellulaire activiteit te detecteren, bevestigde het team dat de nanodeeltjes opwindende bipolaire en ganglioncellen in patronen overeenkwamen met de vormen geprojecteerd door de laser.

De experimenten toonden aan dat noch de oplossing van de nanodeeltjes noch de laserstimulatie detecteerbare nadelige bijwerkingen veroorzaakte, zoals aangegeven door metabole markers voor ontsteking en toxiciteit. Met behulp van sondes bevestigden de onderzoekers dat laserstimulatie van de nanodeeltjes verhoogde activiteit in de visuele cortices van de muizen veroorzaakte – een indicatie dat voorheen afwezige visuele signalen werden overgedragen en verwerkt door de hersenen. Dat, zeggen de onderzoekers, is een teken dat visie op zijn minst gedeeltelijk was hersteld, een goed teken voor het mogelijk vertalen van een vergelijkbare technologie als mensen.

Voor menselijk gebruik stellen de onderzoekers een systeem voor dat de nanodeeltjes combineert met een lasersysteem gemonteerd in een bril of bril. Camera’s in de bril zouden beeldgegevens van de buitenwereld verzamelen en deze gebruiken om het patroon van een infraroodlaser te stimuleren. De laserpulsen zouden vervolgens de nanodeeltjes in de netvlies van mensen stimuleren, waardoor ze kunnen zien.

De aanpak is vergelijkbaar met een aanpak die een paar jaar geleden is goedgekeurd door de Food and Drug Administration voor menselijk gebruik. De oudere aanpak combineerde een camerasysteem met een kleine elektrode -array die chirurgisch in het oog werd geïmplanteerd. De nanodeeltjesbenadering heeft verschillende belangrijke voordelen, volgens NIE.

Om te beginnen is het veel minder invasief. In tegenstelling tot een operatie is “een intravitreale injectie een van de eenvoudigste procedures in de oogheelkunde,” zei Nie.

Er zijn ook functionele voordelen. De resolutie van de vorige benadering werd beperkt door de grootte van de elektrode -array – ongeveer 60 vierkante pixels. Omdat de nanodeeltjesoplossing het hele netvlies bedekt, kan de nieuwe aanpak mogelijk iemands volledige gezichtsveld dekken. En omdat de nanodeeltjes reageren op bijna-infrarood licht in tegenstelling tot visueel licht, interfereert het systeem niet noodzakelijkerwijs een resterende visie die een persoon kan behouden.

Meer werk moet worden gedaan voordat de aanpak in een klinische setting kan worden geprobeerd, zei Nie, maar dit vroege onderzoek suggereert dat het mogelijk is.

“We hebben aangetoond dat de nanodeeltjes maandenlang in het netvlies kunnen blijven zonder grote toxiciteit,” zei Nie over het onderzoek. “En we hebben aangetoond dat ze het visuele systeem met succes kunnen stimuleren. Dat is zeer bemoedigend voor toekomstige toepassingen.”