Инновационная нанотехнология предлагает надежду пациентам, страдающим от глаукомы, ретинита и дегенерации желтого пятна

Жизнь Мишеля Менье, инженера и профессора Polytechnique Montréal, значительно изменилась в январе 2009 года. Как и другие, он заметил, что исключительно короткий импульс фемтосекундного лазера, который составляет 0,000000000000001 секунду, может вызвать нанометровые отверстия появлялись в кремнии, когда он был закрыт золотыми наночастицами.

Легкий скальпель Polytechnique Montréal. Золотые наночастицы, которые действуют как «нанослои», концентрируют энергию, создаваемую чрезвычайно коротким импульсом фемтосекундного лазера, для создания наноразмерного разреза на поверхности клеток сетчатки глаза. Эта технология, которая сохраняет целостность клеток, может быть использована для эффективного введения наркотиков или генов в определенные области глаза, предлагая новую надежду людям с глаукомой, ретинитом или дегенерацией желтого пятна. (Image credit: Polytechnique Montréal)

Тем не менее, Менье, который был известен во всем мире своими навыками в области нанотехнологий и лазеров, принял решение двигаться дальше на шаг вперед с тем, что было просто лабораторным любопытством в то время. Он задавался вопросом, возможно ли переходить от кремния к живой материи, то есть от неорганических до органических. Будет ли фемтосекундный лазер («легкий скальпель») и наночастицы золота иметь возможность воссоздать одно и то же явление с живыми клетками?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, профессор Менье начал работать над клетками in vitro в своей лаборатории Polytechnique. Однако сложность заключалась в том, чтобы сделать наномметрический разрез во внеклеточной мембране клеток, не затрагивая его. С помощью наночастиц золота, которые вели себя как «нанослои», профессор Менье установил, что световая энергия, исходящая от лазера на длине волны 800 нм, может быть сконцентрирована. Однако, поскольку клетки поглощают очень мало энергии на этой длине волны, их целостность сохраняется, что привело к плодотворному выводу.

На основании этого открытия профессор Менье начал работать над клетками in vivo -клеток, которые составляют часть сложной живой структуры клетки, например глаза.

Глаз и легкий скальпель

Профессор Менье встретился с Прземыславом Сапегой, ведущим специалистом по глазам, специально известным своей работой над сетчаткой, в апреле 2012 года. По прозвищу «Майк» Сапега является профессором кафедры офтальмологии в Университете Монреаля, а также исследователем в Центр международного сотрудничества и социальных услуг (CIUSSS) де-л-Эст-де-л-Иль-де-Монреаль. Он сразу увидел возможность этой новой технологии и всего, что можно сделать в глаза, если эффект пульсации заблокирован, что происходит после триггера, что приводит к дегенерации макулы или глаукомы, например, путем введения белков, лекарств или даже генов .

Глаз – хрупкий и узкоспециализированный орган; однако использование фемтосекундного лазера для лечения этого органа чрезвычайно сложно. Поскольку глаз является частью центральной нервной системы, большинство клеток или групп клеток, присутствующих в ней, являются нейронами, а когда нейрон разрушен, он не будет воспроизводиться, как другие клетки. Следовательно, первой задачей Майка Сапехи было удостовериться, что фемтосекундный лазер можно наносить на один или несколько нейронов, не повреждая их; этот метод известен как «доказательство концепции».

Доказательство концепции

И Мишель, и Майк искали Ариэля Уилсона, исследователя биохимии и эксперта в механизмах зрения и структурах глаз, а также профессора Сантьяго Костантино и его группы из Отдела офтальмологии в Университете Монреаля и CIUSSS de l'Est-de -l'Ile-de-Montréal за их ноу-хау в области биофотоники. Поскольку здоровые клетки лучше понимаются по сравнению с больными клетками, исследователи сначала решили работать над первым. Они вводили наночастицы золота, интегрированные с антителами для нацеливания определенных нейронных клеток в глаз, и впоследствии ожидали, что наночастицы оседают вокруг разных нейронов или групп нейронов, например сетчатки.

После того, как фемтосекундный лазер произвел яркую вспышку, произошло предсказанное явление: в клетках сетчатки глаза появились крошечные отверстия, которые позволили эффективно управлять генами или лекарственными средствами, в частности, глазными областями. Эти окончательные результаты могли теперь проложить путь к новым методам лечения, обозначив еще одну победу для Мишеля Менье и его исследовательской группы.

Крайняя точность является основным аспектом инновационной технологии, разработанной учеными из Политехники и CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal. Используя функционализированные наночастицы золота, легкий скальпель позволяет точно определить группу клеток, в которых врачу понадобится вмешаться.

Опубликовали успешную демонстрацию доказательства концепции, профессор Менье и его сотрудники подали заявку на патент в Соединенных Штатах. Эта замечательная работа была также темой статьи, оцененной заметным комитетом по чтению и сообщенной в известном журнале Nano Letters в октябре 2018 года.

Хотя еще предстоит провести еще какое-то исследование – как минимум на десятилетие, как на животных, так и на людях – новая технология может принести пользу стареющему населению, страдающему от ухудшения зрения, для которого нет эффективных долгосрочных методов лечения. Технология также имеет преимущество предотвращения использования вирусов, обычно используемых в генной терапии. Исследователи изучают использование этой технологии во всех типах глазных заболеваний, но более конкретно, при дегенерации желтого пятна, ретинитах и ​​глаукоме.

Этот легкий скальпель действительно не имеет аналогов.

Source link