Protesi retinica-Immagine Crediti immagine: Pixabay (licenza Pixabay gratuita)
Un team di ricercatori della Brown University ha individuato un nuovo approccio promettente che un giorno potrebbe contribuire a ripristinare la vista nelle persone affette da degenerazione maculare e altri disturbi della retina.
Un nuovo studio condotto dai ricercatori della Brown University suggerisce che le nanoparticelle d’oro (microscopici frammenti d’oro migliaia di volte più sottili di un capello umano) potrebbero un giorno essere utilizzate per aiutare a ripristinare la vista nelle persone affette da degenerazione maculare e altri disturbi della retina.
In uno studio pubblicato sulla rivista ACS Nano e finanziato dai National Institutes of Health, il team di ricerca ha dimostrato che le nanoparticelle iniettate nella retina possono stimolare con successo il sistema visivo e ripristinare la vista nei topi con disturbi retinici. I risultati suggeriscono che un nuovo tipo di protesi visiva in cui le nanoparticelle, utilizzate in combinazione con un piccolo dispositivo laser indossato in un paio di occhiali o di una mascherina, potrebbe un giorno aiutare le persone con disturbi retinici a recuperare la vista.
“Si tratta di un nuovo tipo di protesi retinica che ha il potenziale di ripristinare la vista persa a causa della degenerazione retinica senza richiedere alcun tipo di intervento chirurgico complesso o modificazione genetica“, ha affermato Jiarui Nie, ricercatrice post-dottorato presso i National Institutes of Health che ha guidato la ricerca mentre completava il suo dottorato di ricerca alla Brown. “Riteniamo che questa tecnica possa potenzialmente trasformare i paradigmi di trattamento per le patologie degenerative della retina”.
Nie ha svolto il lavoro mentre lavorava nel laboratorio di Jonghwan Lee, Professore associato presso la facoltà di Ingegneria della Brown e membro della facoltà del Carney Institute for Brain Science della Brown, che ha supervisionato il lavoro ed è stato l’autore principale dello studio.
Disturbi della retina come la degenerazione maculare e la retinite pigmentosa colpiscono milioni di persone negli Stati Uniti e in tutto il mondo. Queste patologie danneggiano le cellule fotosensibili della retina chiamate fotorecettori, i “bastoncini” e i “coni” che convertono la luce in minuscoli impulsi elettrici. Questi impulsi stimolano altri tipi di cellule più a monte della catena visiva, chiamate cellule bipolari e gangliari, che elaborano i segnali dei fotorecettori e li trasmettono al cervello.
Questo nuovo approccio utilizza nanoparticelle iniettate direttamente nella retina per bypassare i fotorecettori danneggiati. Quando la luce infrarossa viene focalizzata sulle nanoparticelle, queste generano una minuscola quantità di calore che attiva le cellule bipolari e gangliari in modo molto simile agli impulsi dei fotorecettori. Poiché patologie come la degenerazione maculare colpiscono principalmente i fotorecettori, lasciando intatte le cellule bipolari e gangliari, questa strategia ha il potenziale per ripristinare la vista perduta.
In questo nuovo studio, il team di ricerca ha testato l’approccio basato sulle nanoparticelle nelle retine di topi e in topi viventi affetti da patologie retiniche. Dopo aver iniettato una soluzione liquida di nanoparticelle, i ricercatori hanno utilizzato una luce laser nel vicino infrarosso modellata per proiettare forme sulle retine. Utilizzando un segnale di calcio per rilevare l’attività cellulare, il team ha confermato che le nanoparticelle eccitavano le cellule bipolari e gangliari secondo schemi corrispondenti alle forme proiettate dal laser.
Gli esperimenti hanno dimostrato che né la soluzione di nanoparticelle né la stimolazione laser hanno causato effetti collaterali rilevabili, come indicato dai marcatori metabolici di infiammazione e tossicità. Utilizzando delle sonde, i ricercatori hanno confermato che la stimolazione laser delle nanoparticelle ha causato un aumento dell’attività nelle cortecce visive dei topi, a indicare che segnali visivi precedentemente assenti venivano trasmessi ed elaborati dal cervello. “Questo”, affermano “i ricercatori, è un segno che la vista è stata almeno parzialmente ripristinata, un buon segno per una potenziale trasposizione di una tecnologia simile all’uomo”.
Per l’uso umano, i ricercatori immaginano un sistema che combina le nanoparticelle con un sistema laser montato in un paio di occhiali. Le telecamere integrate negli occhiali raccoglierebbero dati di immagini dal mondo esterno e li userebbero per pilotare la proiezione di un laser a infrarossi. Gli impulsi laser stimolerebbero quindi le nanoparticelle nella retina delle persone, consentendo loro di vedere.
L’approccio è simile a quello approvato dalla Food and Drug Administration per uso umano alcuni anni fa. Il vecchio approccio combinava un sistema di telecamere con una piccola matrice di elettrodi impiantata chirurgicamente nell’occhio. L’approccio basato sulle nanoparticelle presenta diversi vantaggi chiave, secondo Nie.
“Innanzitutto, è molto meno invasivo. A differenza dell’intervento chirurgico, “un’iniezione intravitreale è una delle procedure più semplici in oftalmologia” “, ha affermato Nie.
Ci sono anche vantaggi funzionali. La risoluzione dell’approccio precedente era limitata dalle dimensioni della matrice di elettrodi, circa 60 pixel quadrati. Poiché la soluzione di nanoparticelle copre l’intera retina, il nuovo approccio potrebbe potenzialmente coprire l’intero campo visivo di una persona. E poiché le nanoparticelle rispondono alla luce del vicino infrarosso anziché alla luce visibile, il sistema non interferisce necessariamente con l’eventuale visione residua conservata da una persona.
“Sono necessari ulteriori studi prima che questo approccio possa essere sperimentato in ambito clinico“, ha affermato Nie, “ma questa prima ricerca suggerisce che è possibile”.
“Abbiamo dimostrato che le nanoparticelle possono rimanere nella retina per mesi senza alcuna tossicità significativa“, ha affermato Nie in merito alla ricerca. “E abbiamo dimostrato che possono stimolare efficacemente il sistema visivo. Questo è molto incoraggiante per le applicazioni future”.
Astratto
“Le protesi retiniche mirano a ripristinare la vista negli individui affetti da patologie degenerative, come la degenerazione maculare legata all’età e la retinite pigmentosa. Gli approcci tradizionali, inclusi gli array di elettrodi impiantabili e l’optogenetica, richiedono spesso interventi chirurgici invasivi o modifiche genetiche e presentano limitazioni nella risoluzione spaziale e nelle dimensioni del campo visivo. Sebbene i metodi emergenti basati sulle nanoparticelle offrano soluzioni minimamente invasive, alcuni di essi si basano su una luce visibile intensa, che può interferire con la visione residua. I nanobastoncini d’oro plasmonici (AuNR), calibrati per assorbire la luce del vicino infrarosso (NIR), offrono un’alternativa promettente consentendo la neuromodulazione fototermica senza compromettere la vista residua. Tuttavia, l’utilizzo efficace della stimolazione fototermica con proiezione laser a pattern per un’attivazione neurale precisa rimane una tecnologia inesplorata. In questo studio, introduciamo un approccio meno invasivo che utilizza AuNR coniugati con anticorpi anti-Thy1 iniettati intravitrealmente per attivare principalmente le cellule bipolari, un bersaglio tradizionalmente raggiunto attraverso iniezioni sottoretiniche più invasive. Questa tecnica consente un’ampia copertura retinica e facilita il ripristino visivo ad alta risoluzione tramite stimolazione NIR a pattern. Dopo l’iniezione, un raggio laser NIR a scansione proiettato in un pattern quadrato con uno spot di 20 μm ha innescato costantemente un’attivazione neuronale altamente localizzata, stimolando specificamente le cellule bipolari attraverso canali ionici sensibili alla temperatura. In vivo, questa stimolazione a pattern ha evocato risposte elettrocorticografiche nella corteccia visiva di modelli murini sia wild-type che completamente ciechi, senza indurre tossicità sistemica o danni retinici significativi. Il nostro approccio innovativo promette significativi progressi nella risoluzione spaziale e un’ampia applicabilità, offrendo un metodo preciso, personalizzabile e meno invasivo per il ripristino della vista”.
La ricerca è stata finanziata dal National Eye Institute del National Institutes of Health (R01EY030569), dalla borsa di studio del China Scholarship Council, dalla borsa di studio della Saudi Arabian Cultural Mission e dall’Alchemist Project Program della Corea del Sud (RS-2024-00422269). Tra i coautori figurano anche il Professor Kyungsik Eom della Pusan National University, il Professor Tao Lui della Brown University e gli studenti della Brown University Hafithe M. Al Ghosain, Alexander Neifert, Aaron Cherian, Gaia Marie Gerbaka e Kristine Y. Ma.
Fonte: Brown University