Oamenii suferă adesea de orbire din cauza distrofiilor retiniene moștenite sau a degenerării mușchilor oculari, o problemă comună legată de vârstă. Tratamentele corective obișnuite disponibile au multe limitări. Acest articol discută despre dezvoltarea unei noi proteze de retină bazate pe nanotehnologie, care ar putea juca un rol crucial în tratamentul multor probleme de retină.

retină

Credit de imagine: Von ozmirov Shutterstock

Ce este o proteză retiniană?

Lumina este detectată de fotoreceptorii din ochii noștri, adică de tije și conuri, prin molecule fotosensibile prezente în partea exterioară a fotoreceptorului unei retine sănătoase.

La activare, aceste molecule fotosensibile stimulează o serie de evenimente neurochimice care în cele din urmă trimite semnale către segmentele vizuale ale creierului. În principal, în cazul bolilor degenerative ale retinei, cum ar fi retinita pigmentară și degenerescența maculară legată de vârstă (AMD), fotoreceptorii sunt afectați negativ, iar retina nu simte lumina. Cu toate acestea, neuronii asociați din retină rămân funcționali și pot fi activați electric atunci când nervul este stimulat.

Protezele de retină oferă restaurarea vederii persoanelor care suferă de retinită pigmentară sau dezintegrarea progresivă a fotoreceptorilor retinei care provoacă orbire. În 1990, a fost stabilită proteză de retină. Tehnica a implicat implantarea temporară a unui set de obiecte stimulatoare în ochii unui subiect orb.

Procedura a supus subiectul nevăzător (rozător) la anestezie locală și s-a introdus o sondă în ochi. Această sondă deținea electrozii necesari pentru stimularea retinei. Această procedură experimentală a relevat cartografierea spațială sau organizarea retinotopică, adică atunci când retina ochiului drept a fost stimulată folosind sonda electrodului, subiectul orb putea simți lumina din stânga și invers.

Rolul nanoparticulelor în dezvoltarea retinei artificiale

Având în vedere dezavantajele metodelor existente, oamenii de știință italieni de la IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (Institutul italian de tehnologie) au descoperit o tehnologie inovatoare, rapidă, precisă și extrem de sensibilă pentru tratamentul bolilor legate de retină.

Tehnologia lor se bazează pe nanoparticule de polimer fotoactiv (P3HT NPs) a căror dimensiune este de aproximativ 350 nanometri. Oamenii de știință au dezvoltat o proteză de retină artificială lichidă injectabilă care lucrează la corectarea fotoreceptorilor disfuncționali. Cercetătorii au spus că munca lor este o aplicație a nanotehnologiei în medicină.

Când șobolanul cu retinită pigmentară a fost injectat subretinal cu o proteză de retină lichidă artificială, adică nanoparticule de polimer conjugat, nanoparticulele P3HT s-au răspândit pe întreg spațiul subretinian. După aceasta, a inițiat activarea evocată de lumină a neuronilor retinieni interni cruțați, recuperând răspunsurile vizuale corticale, subcorticale și comportamentale în absența efectelor trofice sau a inflamației retiniene.

Pacientul care are orbire din cauza distrofiei musculare legate de vârstă sau a retinitei pigmentare și-a recăpătat vederea numai după o singură injecție. Principalul avantaj al retinei artificiale „a doua generație” îmbunătățită și a formei sale lichide este că poate imita proprietățile biomaterialelor și poate conferi o rezoluție spațială ridicată. Nanoparticulele polimerice fotoactive sunt suspendate în componenta apoasă a protezei retiniene și pot declanșa electric neuronii retinieni existenți atunci când lumina ajunge la nanoparticule.

Oamenii de știință au spus că nanoparticulele de polimer se comportă ca „mici celule fotoelectrice”, pe bază de carbon și hidrogen, care pot înlocui fotoreceptorii disfuncționali.

Cercetătorul principal Fabio Benfenati este extrem de optimist cu privire la crearea lor de implanturi artificiale de retină lichidă pentru tratamentul orbirii degenerative și s-a asigurat că produsul lor oferă o viziune pe câmp larg și de înaltă rezoluție.

Benfenati a spus că includerea polimerilor fotoactivi în particule care sunt mai mici decât fotoreceptorii crește nivelul de interacțiune cu suprafața activă a neuronilor retinieni. De asemenea, asigură o răspândire lină pe întreaga suprafață retiniană și o fotoactivare la scară la nivelul unui fotoreceptor.

Cum este noua proteză de retină lichidă mai bună decât tehnologia existentă?

După cum sa menționat anterior, dezavantajele majore ale protezei de retină existente care limitează aplicațiile lor sunt enumerate mai jos:

  • Rezoluție extrem de scăzută
  • Lipsa de sensibilitate
  • Pentru a interacționa cu ochiul, aveți nevoie de camere portabile externe, ochelari speciali și sisteme complexe de cablare.

Noua proteză artificială de retină lichidă asigură un tratament rapid. De asemenea, oferă o intervenție chirurgicală mai puțin traumatică, adică procedura necesită doar microinjecții de nanoparticule direct sub retină.

După aceasta, particulele injectate acoperă întregul spațiu retinal și înlocuiesc fotoreceptorii degenerați. Grazia Pertile, Director la Unitatea Operativă de Oftalmologie la IRCCS Ospedale Sacro Cuore Don Calabria a subliniat pe bună dreptate un alt avantaj al protezelor polimerice de retină, adică restaurarea sensibilității la lumină naturală a nanoparticulelor polimerice.

De asemenea, procedura nu necesită o protecție ulterioară post-tratament, adică utilizarea de ochelari, camere sau surse de energie externe. În condiții de laborator, procesul a fost implementat pentru a fi extrem de eficient și benefic pentru numeroși pacienți cu orbire.

Concluzie

Această cercetare este încă în stadiul preclinic și sunt necesare experimente suplimentare pentru validarea și utilizarea sa pentru tratamentul clinic al bolilor legate de degenerescența retiniană.

Comunitatea științifică consideră că dezvoltarea unor astfel de nanomateriale fotosensibile este o descoperire revoluționară care deschide o nouă cale pentru cercetările viitoare în neuroștiințe și medicină.

Referințe și lecturi suplimentare

  1. Institutul italian de tehnologie. (2020). Nanotehnologia aplicată medicinii: prima proteză lichidă de retină. https://phys.org/news/2020-06-nanotechnology-medicine-liquid-retina-prosthesis.html
  2. Maya-Vetencourt, J.F. și colab. (2020). Nanoparticulele polimerice semiconductoare injectate subretinal salvează viziunea într-un model de distrofie retiniană de șobolan. Nanotehnologia naturii.15, 698–708 https://doi.org/10.1038/s41565-020-0696-3
  3. D. Weiland și M. S. Humayun. (2014). Proteză retiniană. Tranzacții IEEE privind ingineria biomedicală. 61, 5, 1412-1424. doi: 10.1109/TBME.2014.2314733.

Dr. Priyom Bose

Priyom a absolvit Universitatea din Madras, India, cu un doctorat în biologie vegetală și biotehnologie vegetală.