Nowa technologia z Koç University daje nadzieję osobom z utratą wzroku

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez prof. dr. Sedata Nizamoğlu z Department of Electrical and Electronics Engineering na Koç University opracował nowej generacji, bezpieczną i bezprzewodową technologię stymulacji przeznaczoną do leczenia zwyrodnieniowych chorób siatkówki prowadzących do utraty wzroku. Wyniki badań opublikowano w Science Advances, jednym z najbardziej prestiżowych czasopism naukowych na świecie.

Zwyrodnieniowe choroby siatkówki dotykają milionów ludzi na całym świecie i obecnie nie dysponujemy terapiami o charakterze przyczynowym. Istniejące implanty siatkówkowe napotykają jednak istotne ograniczenia kliniczne, wynikające z ich masywnej budowy, złożonych komponentów elektronicznych lub konieczności stosowania światła widzialnego o wysokiej intensywności. Aby przezwyciężyć te bariery, badacze z Koç University postawili sobie za cel opracowanie ultracienkiego, biokompatybilnego systemu zdolnego do bezpośredniej konwersji światła w biologiczne sygnały elektryczne.

W tym celu zespół zaprojektował fotowoltaiczny nanozespół łączący matryce nanodrutów tlenku cynku z nanokryształami siarczku srebra i bizmutu. Taka struktura umożliwia przekształcanie bliskiej podczerwieni, która wnika w tkanki głębiej i bezpieczniej niż światło widzialne, w precyzyjnie kontrolowaną stymulację elektryczną, bez uszkadzania tkanek oka. Co istotne, proces ten zachodzi przy niskich natężeniach światła, znacznie poniżej ustalonych progów bezpieczeństwa okulistycznego, i realizowany jest w całkowicie bezprzewodowej, ultracienkiej architekturze.

Skuteczność systemu oceniano z wykorzystaniem modeli siatkówki szczurów z utratą wzroku. Eksperymenty wykazały silne, powtarzalne i precyzyjne czasowo odpowiedzi neuronów siatkówki na stymulację. Dodatkowo, kompleksowe analizy żywotności komórek, biokompatybilności oraz długoterminowej stabilności potwierdziły, że struktura nie indukuje stresu komórkowego ani toksyczności i nadaje się do długotrwałego stosowania. Obserwowany podczas pracy urządzenia wzrost temperatury był znikomy, co dodatkowo podkreśla wysoki profil bezpieczeństwa tej metody.

Cechą odróżniającą tę technologię od dotychczasowych implantów siatkówkowych jest ultracienka warstwa aktywna, zastosowanie bezpieczniejszego światła bliskiej podczerwieni zamiast światła widzialnego oraz całkowicie bezprzewodowa konstrukcja eliminująca konieczność użycia kabli i klasycznych komponentów elektronicznych. Dzięki temu platforma ta stanowi obiecującego kandydata nie tylko do zastosowań w protezach wzroku, lecz także w szerszym obszarze neuromodulacji tkanek pobudliwych elektrycznie, takich jak mózg, serce czy mięśnie.

Komentując wyniki badań, prof. dr. Sedat Nizamoğlu podkreślił, że zaprezentowane podejście oparte na nanotechnologicznych implantach siatkówkowych może w przyszłości przyczynić się do przywracania widzenia u osób, które utraciły funkcję wzrokową w przebiegu zwyrodnienia plamki żółtej oraz barwnikowego zwyrodnienia siatkówki. Zwrócił on również uwagę na duży potencjał nieorganicznych nanokryształów, uhonorowanych Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2023 roku, w kontekście technologii protez siatkówkowych, zwłaszcza gdy są one implementowane w funkcjonalnie zoptymalizowanych nanoarchitekturach. Zastosowanie światła bliskiej podczerwieni czyni ten system istotną alternatywą dla dotychczasowych rozwiązań pod względem parametrów działania i bezpieczeństwa, a uzyskane wyniki otwierają nowe kierunki nie tylko dla protetyki wzroku, lecz także dla wielu aplikacji biomedycznych oddziałujących na układ nerwowy.

Prace zrealizowane na Koç University po raz kolejny podkreślają interdyscyplinarny charakter badań prowadzonych w tej uczelni oraz jej zaangażowanie w rozwój nauki o wysokim znaczeniu klinicznym, torując drogę do bezpieczniejszych i skuteczniejszych terapii dla osób żyjących z utratą wzroku.

Źródło: Science Advances, Photovoltaic nanoassembly of nanowire arrays sensitized with colloidal nanocrystals for near-infrared retina photostimulation
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.aea7001