你知道失明的滋味嗎,據(jù)說失明的人“看見”的不是黑色,而是一片空無。據(jù)調(diào)查,每100個(gè)中國人中就有一個(gè)失明的患者,可是我們平時(shí)卻很少看見他們,因?yàn)樗麄兒ε鲁鲩T。歧視盲人的新聞層出不窮,導(dǎo)盲犬和盲人被趕下公交車,下車后導(dǎo)盲犬委屈落淚。正是這樣的事發(fā)生的多了,越來越多的盲人才不愿意出門。其他不治性的眼疾同樣嚴(yán)重影響人們身心健康。如果能夠解決,至少一定程度上緩解這些問題,將給眾多有視力問題的人帶來生活和精神上的方便。

《Nature》子刊:注射這種光敏性聚合物納米粒子,成功恢復(fù)盲鼠視力
新型仿生人工液體視網(wǎng)膜:由一種水性成分組成,其中懸浮著光敏性聚合物納米粒子(其粒徑為350納米,直徑大約是頭發(fā)的1/100),可以取代受損的感光器。

 

遺傳性視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良和晚期老年性黃斑病變是造成失明的主因,但目前針對(duì)這些疾病的治療還十分有限。與其他器官不同,視網(wǎng)膜周圍神經(jīng)密布,移植難度很大,視力恢復(fù)主要還要依靠視網(wǎng)膜假體。雖然視網(wǎng)膜假體能夠刺激視網(wǎng)膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),但這些假體通常缺乏靈敏度和分辨率,并且使用時(shí)需要布線或外接攝像頭,十分不便。2017年,意大利理工學(xué)院的Fabio Benfenati教授團(tuán)隊(duì)制備了一種能夠恢復(fù)退化性失明大鼠模型視力的有機(jī)半導(dǎo)體視網(wǎng)膜假體,術(shù)后6-10月后,模型鼠表現(xiàn)出依賴于假體的光敏感性和視力恢復(fù)(Nature materials 2017, 16: 681-689)。

為了進(jìn)一步降低手術(shù)的創(chuàng)傷并提高對(duì)光的靈敏性和分辨率,F(xiàn)abio Benfenati和同校的Guglielmo Lanzani合作發(fā)現(xiàn)共軛聚合物聚(3-正已基噻吩) 納米粒子(P3HT NPs)可作為光感器,介導(dǎo)光誘發(fā)的視網(wǎng)膜神經(jīng)元刺激并持續(xù)恢復(fù)視覺功能。經(jīng)視網(wǎng)膜下注射后,P3HT NPs分布在整個(gè)視網(wǎng)膜下腔,促進(jìn)未被釋放的視網(wǎng)膜內(nèi)神經(jīng)元的激活,恢復(fù)營(yíng)養(yǎng)不良或視網(wǎng)膜炎癥皮層下、皮層和行為視覺反應(yīng)。該工作發(fā)表于Nature nanotechnology。

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P3HT NPs對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)元的光刺激作用

作者利用再沉淀技術(shù)制備了無菌的P3HT NPs,通過快速改變?nèi)軇O性,π-π堆疊和疏水相互作用可觸發(fā)NPs成核。神經(jīng)元會(huì)吞噬P3HT NPs而不將其內(nèi)化,使得P3HT NPs能夠與神經(jīng)元膜親密接觸,促進(jìn)其覆蓋整個(gè)視網(wǎng)膜區(qū)域。作者將P3HT NPs微注射入失明模型鼠視網(wǎng)膜下腔,經(jīng)光觸發(fā)后成功激活了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。此外,在光激發(fā)下,聚合物/電解質(zhì)表面會(huì)產(chǎn)生負(fù)電荷。這種類似中央突觸的突觸后電位的光電位,在鄰近位點(diǎn)被誘發(fā)并在時(shí)間上重復(fù),將在空間和時(shí)間上進(jìn)行累加,從而形成實(shí)質(zhì)性的去極化。

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圖1 P3HT NPs與神經(jīng)元膜形成緊密相互作用,并通過電容機(jī)制觸發(fā)光誘導(dǎo)神經(jīng)刺激

P3HT NPs拯救營(yíng)養(yǎng)不良RCS大鼠的視覺反應(yīng)

接下來,作者通過瞳孔收縮程度作為光敏感性的指標(biāo),發(fā)現(xiàn)注射P3HT NPs的RCS大鼠在整個(gè)照射范圍內(nèi)均表現(xiàn)出明顯的瞳孔收縮增加,與健康對(duì)照組無異。然后作者通過檢查對(duì)圖形視覺刺激的空間分辨率(視覺敏銳度) 評(píng)估恢復(fù)視力的質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)P3HT NPs明顯增強(qiáng)了視覺誘發(fā)電位。

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圖2 微注射的P3HT NPs在視網(wǎng)膜上顯示廣泛和穩(wěn)定的覆蓋,并且隨著時(shí)間的推移不會(huì)被清除

 

P3HT NPs作為液體視網(wǎng)膜修復(fù)體

最后,作者提出了一種新的“液體視網(wǎng)膜”,由沒有空穴受體層的單組分聚合NPs水懸浮液制成。當(dāng)P3HT NPs通過微創(chuàng)注射到盲鼠的視網(wǎng)膜下腔后,V1皮層和光驅(qū)動(dòng)行為的皮質(zhì)下、視覺反應(yīng),視敏度和代謝激活均恢復(fù),與健康對(duì)照組水平相當(dāng)。退化視網(wǎng)膜中由P3HT-NP光刺激引起的視網(wǎng)膜反應(yīng)具有比健康視網(wǎng)膜更長(zhǎng)的潛伏期,可能源于退化視網(wǎng)膜的廣泛重組。值得注意的是,注射的P3HT NPs均勻分布在整個(gè)視網(wǎng)膜下腔,沒有向內(nèi)視網(wǎng)膜層遷移的傾向并且注射8個(gè)月后還能維持原來的視網(wǎng)膜下分布,不會(huì)發(fā)生寬體擴(kuò)散或被神經(jīng)元/神經(jīng)膠質(zhì)清除。

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圖3 注射P3HT NPs對(duì)營(yíng)養(yǎng)不良RCS大鼠閃光和模式照明反應(yīng)中的V1皮層反應(yīng)的長(zhǎng)期治療效果

 

希望這樣的視網(wǎng)膜假體能夠早日實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用,為隱在家中的盲人帶來更廣闊的世界。

原文鏈接:

https://doi.org/10.1038/s41565-020-0696-3

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