Светочувствительные наночастицы помогли сетчатке слепых мышей снова реагировать на свет без электронного импланта и генетической модификации клеток. После одной инъекции в глаз исследователи зарегистрировали сигналы в зрительной коре мозга и изменения поведения животных, однако опубликованное исследование пока остаётся доклиническим и не означает, что зрение удалось восстановить в привычном смысле.
Метод рассчитан прежде всего на тяжёлые формы дегенерации сетчатки, при которых погибают фоторецепторы, воспринимающие свет, но часть нервных клеток сохраняется. Такой процесс происходит, например, при пигментном ретините, группе наследственных заболеваний, которые постепенно разрушают светочувствительные клетки сетчатки и могут привести к слепоте.
Исследователи изготовили полые сферические частицы из графитного нитрида углерода, полимерного полупроводника, чувствительного к видимому свету. Внешний диаметр частицы составляет около 306 нм. Полая структура заставляет свет многократно отражаться внутри сферы, поэтому материал поглощает излучение в диапазоне от 350 до 600 нм примерно втрое эффективнее сплошного графитного нитрида углерода.
После введения в стекловидное тело частицы оседают на внутренней поверхности сетчатки рядом с ганглиозными клетками, которые передают зрительную информацию дальше в мозг. Свет запускает в полупроводнике фотоэлектрохимические и тепловые процессы, а возникающие активные формы кислорода меняют движение кальция внутри клеток. В результате сохранившиеся нейроны начинают выдавать электрические импульсы, хотя погибшие фоторецепторы при этом не восстанавливаются.
Для проверки исследователи использовали мышей с тяжёлой наследственной дегенерацией сетчатки. Через четыре недели после инъекции три из семи животных стали проводить более 60% времени в тёмной части экспериментальной камеры, тогда как мыши из контрольных групп явного предпочтения темноте не показывали. Такая реакция у здоровых мышей возникает благодаря способности различать ярко освещённое и тёмное пространство.
Запись активности зрительной коры дала более сдержанную картину. Воспроизводимая реакция на вспышки появилась в пяти из 14 обработанных глаз, то есть в 36% случаев. Среди 14 контрольных глаз критериям ответа соответствовал один, или 7%. При этом доверительный интервал для разницы между группами включал ноль, поэтому небольшая выборка не позволяет считать эффективность метода окончательно доказанной.
Обычная электроретинография после лечения по-прежнему не обнаруживала работу фоторецепторов. Исследователи считают этот факт важным признаком того, что наночастицы не оживили повреждённые светочувствительные клетки, а создали новый путь от света к сохранившимся нейронам сетчатки. Подход заметно отличается от оптогенетики, где клетки сначала генетически изменяют, чтобы заставить их производить светочувствительные белки.
Дополнительный эксперимент провели на изолированной сетчатке свиньи. После нанесения наночастиц синие световые импульсы с длиной волны 450 нм увеличили среднюю частоту срабатывания ганглиозных клеток с 5 до 29 Гц. Амплитуда электрических сигналов выросла с 12 до 39,1 мкВ, а вещество, блокирующее нервные импульсы, почти полностью подавило эффект. Такой тест подтвердил, что исследователи регистрировали именно активность нейронов.
Первые проверки безопасности не выявили заметного повреждения сетчатки. Через 14 дней после введения частиц её толщина и строение не изменились, анализ активности генов также не показал признаков воспаления или выраженной клеточной реакции. В искусственной среде частицы сохраняли форму и структуру не менее 30 дней.
До лечения людей технология всё же далека. Мышам требовался довольно яркий свет, а после обычной инъекции лишь часть частиц достигала нужных нервных клеток. Синий свет также плохо проникает глубоко в ткани. Исследователи рассматривают введение материала непосредственно под сетчатку, более точное связывание частиц с определёнными клетками и перенос чувствительности материала в красную или ближнюю инфракрасную область.
Главное преимущество идеи состоит в возможности обойти несколько ограничений существующих экспериментальных подходов. Генотерапия часто зависит от конкретной мутации, оптогенетика требует изменения клеток, а электронные протезы сетчатки приходится устанавливать хирургически. Наночастицы потенциально позволяют создать светочувствительный слой простой инъекцией, но пока неизвестно, насколько долго такой слой сможет работать, насколько безопасным окажется материал спустя месяцы и годы и какую детализацию изображения сможет воспринимать мозг. Поэтому формула «один укол вместо импланта» пока описывает перспективу технологии, а не готовый способ вернуть зрение человеку.
