金纳米粒子可恢复黄斑变性患者的视力

摘要： 布朗大学研究人员的新研究表明，注入视网膜的金纳米粒子可恢复视网膜变性小鼠的视力，这是一种比现有视网膜假体侵入性更小的替代方法。这些纳米粒子被特定模式的红外光激活后，可刺激视网膜细胞，绕过受损的光感受器。这种激活会使视觉信号传输到大脑，这已通过视觉皮层的活动得到证实。研究人员设想未来将这些纳米粒子与配备激光的护目镜相结合的设备来恢复人类的功能性视力。

关键事实：

• 靶向激活：金纳米粒子利用红外光刺激双极细胞和神经节细胞。
• 非侵入性方法：与电极植入不同，纳米粒子通过简单的眼部注射来递送。
• 恢复视觉信号：大脑成像证实小鼠治疗后视觉皮层被激活。
• 来源：布朗大学

布朗大学研究人员的一项新研究指出，金纳米粒子（比人类头发细数千倍的微小金粒）有朝一日可能用于帮助黄斑变性和其他视网膜疾病患者恢复视力。在《美国化学会纳米》杂志上发表并得到美国国立卫生研究院支持的一项研究中，研究团队表明，注入视网膜的纳米粒子能成功刺激视觉系统，恢复视网膜疾病小鼠的视力。

研究结果表明，一种新型视觉假体系统（纳米粒子与佩戴在眼镜或护目镜上的小型激光装置配合使用）有朝一日可能帮助视网膜疾病患者重见光明。该研究的负责人、在美国国立卫生研究院做博士后研究且在布朗大学攻读博士学位期间进行此项工作的聂佳睿说：“这是一种新型视网膜假体，有潜力在无需任何复杂手术或基因改造的情况下恢复因视网膜变性而丧失的视力。我们相信这种技术可能会改变视网膜变性疾病的治疗模式。”

聂佳睿在布朗大学工程学院副教授、布朗大学卡尼脑科学研究所教员李钟焕的实验室工作时开展了这项工作，李钟焕负责此项工作并担任该研究的资深作者。

黄斑变性和色素性视网膜炎等视网膜疾病影响着美国及全球数百万人。这些疾病会损害视网膜中称为光感受器（将光转换为微小电脉冲的“视杆细胞”和“视锥细胞”）的感光细胞。这些脉冲会刺激视觉链中更高级的其他类型细胞，如双极细胞和神经节细胞，它们处理光感受器信号并将其发送到大脑。

这种新方法是将纳米粒子直接注入视网膜以绕过受损的光感受器。当红外光聚焦在纳米粒子上时，它们会产生少量热量，以与光感受器脉冲大致相同的方式激活双极细胞和神经节细胞。由于黄斑变性等疾病主要影响光感受器，而双极细胞和神经节细胞完好无损，所以这种策略有恢复丧失视力的潜力。

在这项新研究中，研究团队在小鼠视网膜和患有视网膜疾病的活小鼠中测试了纳米粒子方法。注入液态纳米粒子溶液后，研究人员使用特定模式的近红外激光将形状投射到视网膜上。通过钙信号检测细胞活动，团队证实纳米粒子以与激光投射形状相匹配的模式激发双极细胞和神经节细胞。实验表明，纳米粒子溶液和激光刺激均未引起可检测到的不良副作用（炎症和毒性代谢标志物显示）。

研究人员通过探测器证实，激光刺激纳米粒子会使小鼠视觉皮层活动增加，这表明之前缺失的视觉信号正在被大脑传输和处理。研究人员称，这是视力至少部分恢复的迹象，这对将类似技术应用于人类是个好兆头。

对于人类使用，研究人员设想一个系统：将纳米粒子与安装在眼镜或护目镜上的激光系统相结合。护目镜中的摄像头将收集外界图像数据，并用于驱动红外激光的模式。激光脉冲将刺激人们视网膜中的纳米粒子，使他们能够看见。

这种方法与几年前美国食品药品监督管理局批准用于人类的一种方法类似。旧方法是将摄像头系统与通过手术植入眼睛的小电极阵列相结合。聂佳睿表示，纳米粒子方法有几个关键优势。首先，它的侵入性小得多。与手术不同，“玻璃体内注射是眼科最简单的操作之一”。还有功能上的优势。以前方法的分辨率受电极阵列大小（约60平方像素）的限制。由于纳米粒子溶液覆盖整个视网膜，新方法可能覆盖某人的整个视野。而且由于纳米粒子对近红外光而非可见光有反应，该系统不一定会干扰一个人可能保留的任何剩余视力。

聂佳睿说，在这种方法可用于临床之前还需要做更多工作，但这项早期研究表明这是可能的。她说：“我们表明纳米粒子能在视网膜中停留数月且无重大毒性，并且我们表明它们能成功刺激视觉系统。这对未来的应用非常鼓舞人心。”

资助： 该研究由美国国立卫生研究院国家眼科研究所（R01EY030569）、中国国家留学基金委奖学金、沙特阿拉伯文化使团奖学金以及韩国的“炼金术士项目”（RS - 2024 - 00422269）资助。共同作者还包括釜山国立大学的严京植（Kyungsik Eom）教授、布朗大学的刘陶（Tao Lui）教授以及布朗大学的学生哈菲斯·M·阿尔 - 戈赛因（Hafithe M. Al Ghosain）、亚历山大·内费特（Alexander Neifert）、亚伦·切里安（Aaron Cherian）、加亚·玛丽·杰尔巴卡（Gaia Marie Gerbaka）和克里斯汀·Y·马（Kristine Y. Ma）。

作者： 凯文·斯泰西

来源： 布朗大学

联系方式： 凯文·斯泰西 - 布朗大学

图片： 图片来源于神经科学新闻

传统方法（包括植入式电极阵列和光遗传学）通常需要侵入性手术或基因改造，并且在空间分辨率和视野大小方面面临限制。等离子体金纳米棒（AuNRs）经调整可吸收近红外（NIR）光，通过实现光热神经调节且不影响剩余视力提供了一种有前景的替代方法。在这项研究中，我们引入一种侵入性更小的方法，即玻璃体内注射抗Thy1抗体偶联的AuNRs以主要激活双极细胞——这一目标传统上是通过更具侵入性的视网膜下注射实现的。注射后，以20μm光斑大小呈方形模式投射的扫描NIR激光束持续触发高度局部化的神经元激活，通过温度敏感离子通道特异性刺激双极细胞。我们的创新方法有望在空间分辨率方面取得重大进展并具有广泛适用性，提供一种精确、可定制且侵入性更小的恢复视力的方法。