Инжекционен биоматериал, активиран от импулси на нискоенергийна синя светлина, има огромен потенциал за ремонт на място на куполообразния външен слой на окото, разкриха екип от изследователи от Университета на Отава и техните сътрудници. Кредит: Факултет по медицина, Университет на Отава.

Ново проучване разкрива, че биомиметичните материали, когато импулсират с нискоенергийна синя светлина, могат да променят формата на увредената роговица, включително увеличаване на дебелината им. Констатациите имат потенциал да засегнат милиони хора.

Екип от изследователи от Университета на Отава и техните сътрудници са разкрили огромния потенциал на инжекционен биоматериал, който се задейства от нискоенергийни импулси на синя светлина за незабавно възстановяване на куполообразния външен слой на окото.

Следвайки дизайнерски подход, ръководен от биомимикрия – иновация, която черпи вдъхновение от природата – убедителните резултати на мултидисциплинарните изследователи показват, че нов светлинно активиран материал може да се използва за ефективно преформатиране и удебеляване на увредената тъкан на роговицата, насърчавайки заздравяването и възстановяването.

Тази технология е потенциална промяна на играта при възстановяването на роговицата; десетки милиони хора по света страдат от заболявания на роговицата и само малка част отговарят на условията за трансплантация на роговица. Операциите по трансплантация са настоящият златен стандарт за заболявания, водещи до изтъняване на роговицата, като кератоконус, слабо разбрано очно заболяване, което води до загуба на зрение за много хора.

„Нашата технология е скок в областта на възстановяването на роговицата. Убедени сме, че това може да се превърне в практично решение за лечение на пациенти, живеещи със заболявания, които влияят отрицателно върху формата и геометрията на роговицата, включително кератоконус,” казва д-р Емилио Аларкон, доцент в Медицинския факултет на Отава и изследовател в BioEngineering and Therapeutic Solutions (BEaTS) група в Института за сърдечни заболявания на Университета в Отава.

Роговицата е защитната куполообразна повърхност на окото пред ириса и зеницата. Той контролира и насочва светлинните лъчи в окото и помага за постигане на ясно зрение. Обикновено е прозрачен. Но нараняване или инфекция води до наранявания на роговицата.

Д-р Емилио Аларкон е доцент във Факултета по медицина на Университета в Отава и изследовател в групата за биоинженерство и терапевтични решения (BEaTS) в Института по сърдечни заболявания на Университета в Отава. Кредит: Факултет по медицина, Университет на Отава

Работата на екипа за сътрудничество беше публикувана в Advanced Functional Materials, научно списание с висок импакт фактор.

Биоматериалите, създадени и тествани от екипа, се състоят от къси пептиди и естествено срещащи се полимери, наречени гликозаминогликани. Под формата на вискозна течност материалът се инжектира в тъканта на роговицата след хирургично създаване на малък джоб. Когато импулсира с нискоенергийна синя светлина, инжектираният базиран на пептид хидрогел се втвърдява и се оформя в подобна на тъкан 3D структура за минути. Д-р Аларкон казва, че след това това става прозрачен материал със свойства, подобни на тези, измерени в роговицата на прасе.

Експериментите in vivo с помощта на модел на плъх показват, че светлинно активираният хидрогел може да удебели роговицата без странични ефекти. Изследователският екип – който използва много по-малка доза синя светлина в сравнение с това, което е използвано в други проучвания – също така успешно тества технологията в ex vivo модел на роговица на прасе. Тестването при големи животински модели ще бъде необходимо преди клиничните изпитвания върху хора.

„Нашият материал е проектиран да събира енергията на синята светлина, за да задейства сглобяването на място на материала в структура, подобна на роговицата. Нашите кумулативни данни показват, че материалите са нетоксични и остават няколко седмици в животински модел. Очакваме нашият материал да остане стабилен и да бъде нетоксичен в човешката роговица“, казва д-р Аларкон, чиято лаборатория в Отава се фокусира върху разработването на нови материали с регенеративни способности за тъканите на сърцето, кожата и роговицата.

Строгото проучване отне повече от седем години, за да достигне етапа на публикуване.

„Трябваше да проектираме всяка част от компонентите, включени в технологията, от източника на светлина до молекулите, използвани в изследването. Технологията е разработена, за да бъде клинично транслируема, което означава, че всички компоненти трябва да бъдат проектирани така, че в крайна сметка да могат да се произвеждат, следвайки строги стандарти за стерилност,” казва д-р Аларкон.

Резултатите от изследването също са в центъра на заявка за патент, която в момента е в процес на преговори за лицензиране.

Д-р Аларкон беше старши автор на изследването, който ръководеше аспекта на материалния дизайн на изследването, докато д-р Марсело Муньос и Ейдън Макадам от uOttawa изиграха голяма роля в създаването на новата технология. Интердисциплинарните сътрудници включваха учените от Университета на Монреал д-р Мей Грифит, експерт по регенерация на роговицата, и д-р Изабел Брюнет, експерт по офталмология и трансплантация на роговица.

Референция: „Инжектируеми материали с ниска енергия, активирани със синя импулсна светлина за възстановяване на изтъняване на роговицата“ от Айдън Дж. МакАдам, Марсело Муньос, Джинане Ел Хаге, Кевин Ху, Алекс Рос, Аста Чандра, Джоди Д. Едуардс, Зиан Шахид, София Муркос, Maxime E. Comtois-Bona, Alejandro Juarez, Marc Groleau, Delali Shana Dégué, Mohamed Djallali, Marilyse Piché, Mathieu Thériault, Michel Grenier, May Griffith, Isabelle Brunette и Emilio I. Alarcon, 19 юли 2023 г., Усъвършенствани функционални материали .
DOI: 10.1002/adfm.202302721

Проектът беше подкрепен от безвъзмездна помощ за проекти за съвместни здравни изследвания, от NSERC Discovery безвъзмездна помощ, правителството на Онтарио и сърдечния институт на Университета в Отава.