Реферат RUS  Реферат ENG  Литература  Полный текст

Возможности применения искусственных флуорофоров (квантовых точек) для стимуляции сетчатки глаза


1Екатеринбургский центр МНТК «Микрохирургия глаза»
2Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

    Актуальность. Миллионы людей в мире страдают различными заболеваниями сетчатки, такими как дегенерация желтого пятна, диабетическая ретинопатия, отслойка сетчатки, пигментный ретинит и другие, что может привести к снижению зрительных функций. Для их восстановления разработано много устройств. Например, предложены фотоэлектрические устройства в виде цифрового чипа. Хотя такие устройства и обеспечивают некоторую стимуляцию сетчатки, они имеют существенные недостатки, в частности относительно большие размеры (порядка нескольких квадратных миллиметров). В результате они блокируют существенную часть светового потока к сетчатке. Кроме того, внедрение устройств, как полагают, создает опасность повреждения ткани сетчатки.

    Предлагается технология восстановления зрительных функций, основанная на инъекции массива коллоидных квантовых точек (КТ) в стекловидное тело глаза или их введение в субретинальное пространство. Этот молекулярный телекоммуникационный массив квантовых точек представляет собой уникальный усилитель зрения.

    Цель. Теоретически обосновать выбор типа КТ, провести исследование их физико-химических свойств и возможности размещения в полости глаза для стимуляции фоторецепторов и/или ганглиозных клеток сетчатки.

    Материалы и методы. Квантовые точки – наноразмерные кристаллы с размерами, как правило, единицы – десятки нанометров. При попадании фотонов света на КТ возникает плазмонный резонанс за счет возбуждения поверхностных плазмон-поляритонных колебаний (поверхностных плазмон-поляритонов, Surface Plasmon-Polariton – SPP). Возникновение SPP связано с взаимодействием электромагнитного излучения с плазмой свободных электронов в кристаллической структуре КТ. В качестве материала, из которого синтезируют КТ, обычно используют благородные металлы или полупроводники. Так как поверхностные атомы и молекулы КТ имеют повышенную реакционную способность, то они присоединяют к себе атомы окружающей среды. Для того чтобы КТ взаимодействовали с биомолекулами, их поверхность функционализируют биологически совместимыми лигандами. Это обеспечивает связь КТ и биомолекул родопсина фоторецепторов через карбоксильные (СООН) или аминные (NH2) группы. Для функционализации поверхности КТ наиболее популярен реагент полиэтиленгликоль с тиольными группами, дающий прочную донорно-акцепторную связь с поверхностными атомами металлического (полупроводникового) ядра. Дополнительное покрытие органической оболочкой из би- и трифункциональных полимеров обеспечивает водорастворимость КТ за счет поверхностных полярных групп.

    Фотон света, попавший на КТ, помещенную на сетчатку, безызлучательно возбуждает физиологический процесс фототрансдукции в фоторецепторах и ганглиозных клетках сетчатки (за счет Фёрстеровского резонансного переноса энергии – так называемого FRET-эффекта), который формирует нервный импульс путем преобразования энергии света в электрический сигнал и передачу этого импульса в соответствующие центры мозга, вызывая адекватные зрительные образы. Эта фундаментальная задача и подход к ее решению иллюстрирует важность исследования молекулярных телекоммуникационных систем, например, на основе наногибридных комплексов «КТ-светочувствительный ретиналь-содержащий белок».

    Результаты. С использованием подходов теории Г. Ми и пакета прикладных программ Maple нами исследована зависимость сечения экстинкции КТ, состоящих из ядра и однослойной (двухслойной) оболочки, от размерного ряда КТ и типа окружающей матрицы в видимом диапазоне спектра. Установлены зависимости ширины пиков флюоресценции в механизме FRET, положения пиков резонансного поглощения от геометрических размеров ядра, оболочек КТ и диэлектрической проницаемости окружающей среды. Аналогичное исследование было проведено с новым типом безкадмиевых КТ на основе фосфида индия (InP/ZnS), которые, по сравнению с кадмиевыми КТ, имеют меньший квантовый выход флуоресценции, что снижает вероятность фототравмы, а также имеет существенно более низкую химическую токсичность.

    Квантовые точки для наших исследований синтезированы в научно-технологическом и испытательном центре «Нанотех-Дубна». Эти КТ покрыты гидрофильной кремнийорганической оболочкой, которая выполняет защитную функцию и обеспечивает диспергируемость наночастиц в водной среде. Кроме того, функциональность поверхности КТ дает возможность их конъюгации с биомолекулами фоторецепторов. Максимум флуоресценции КТ лежит в зеленой области спектра 520-530 нм, что соответствует пику спектра поглощения молекул родопсина фоторецепторов сетчатки. За счет ковалентных связей между карбоксильными группами поверхностно-активных молекул на органической оболочке КТ и аминными концами наружной мембраны молекул родопсина фоторецепторов сетчатки, по нашим расчетам, возникают реальные условия для эффективного переноса энергии от КТ к фоторецепторам.

    Были исследованы спектры поглощения и эмиссии КТ с биологическими тканями глаза: в частности, с биоптатом сетчатки, субретинальной жидкостью и стекловидным телом. Установлено незначительное влияние анатомического субстрата глазного яблока (например, возможность фагоцитирования КТ) на фотодинамические свойства КТ.

    Исследуемые КТ даже через два года после их синтеза демонстрируют высокую фотостабильность, что указывает на возможность продолжительного функционирования КТ с фоторецепторным аппаратом без деградации фотодинамических свойств нанобиокомплекса.

    В то же время следует отметить, что КТ, имеющие дипольный и магнитный моменты, являются управляемыми нанообъектами, например, под действием магнитного поля. Адсорбированные на поверхности КТ молекулы делают их более инертными по отношению к окружающей среде и способствуют образованию устойчивых коллоидных растворов. Поэтому функционализированные КТ можно использовать для приготовления магнитоуправляемых лекарственных форм, работающих по принципу лекарство – орган-мишень (сетчатка). В перспективе это позволяет управлять положением КТ в глазу с помощью вектора магнитного и электрического поля.

    Исследовались температурные особенности фотолюминесценции на флуоресцентном спектрометре Perkin Elmer LS55 в диапазоне температур от 20°С до 50°С. Проведенные эксперименты указывают на возможность стабильного состояния нанобиокомплекса в условиях гомеостаза организма человека.

    Хирургическая техника доставки квантовых точек к сетчатке отрабатывалась на энуклеированных глазах и на глазах животных.

    Выводы

    Проведенное поисковое исследование не должно создавать иллюзию простоты решаемой задачи. Как максимум, речь идет о возможности реабилитации тех людей, у которых оставшиеся неповрежденные клетки сетчатки способны генерировать электрический потенциал, но им для этого не хватает естественного света, а наночастицы (искусственные флуорофоры) позволяют дать этим клеткам дополнительное количество света, благодаря которому те сгенерируют потенциал, достаточный для получения определенного зрительного результата. И, главное, появляется реальная перспектива использования квантовых точек, как предусилителя светового потока при оптогенетическом подходе к лечению нейродегенеративных заболеваний сетчатки. Это новое перспективное научное направление в офтальмологии, и его методы позволяют с помощью света регулировать физиологическую активность клеток сетчатки, в которые предварительно доставлен ген свето-активируемого белка.


Страница источника: 161
Роговица I. Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы в лечении кератоэктазий Научно-практическая конференция с международным участиемРоговица I. Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы в лечении...

Сателлитные симпозиумы в рамках ХIV ежегодного конгресса Российского глаукомного обществаСателлитные симпозиумы в рамках ХIV ежегодного конгресса Рос...

Сателлитные симпозиумы в рамках конференции Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016Сателлитные симпозиумы в рамках конференции Современные техн...

«Живая» хирургия в рамках конференции Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016«Живая» хирургия в рамках конференции Современные технологии...

Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016Современные технологии катарактальной и рефракционной хирург...

Сателлитные симпозиумы в рамках IX Российского общенационального офтальмологического форумаСателлитные симпозиумы в рамках IX Российского общенациональ...

На стыке науки и практикиНа стыке науки и практики

Федоровские чтения - 2016 XIII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участиемФедоровские чтения - 2016 XIII Всероссийская научно-практиче...

Актуальные проблемы офтальмологии XI Всероссийская научная конференция молодых ученыхАктуальные проблемы офтальмологии XI Всероссийская научная к...

Восток – Запад 2016 Научно-практическая конференция по офтальмохирургии с международным участием Восток – Запад 2016 Научно-практическая конференция по офтал...

Белые ночи - 2016 Сателлитные симпозиумы в рамках Международного офтальмологического конгресса Белые ночи - 2016 Сателлитные симпозиумы в рамках Международ...

Занимательная аккомодологияЗанимательная аккомодология

Невские горизонты - 2016 Научная конференция офтальмологовНевские горизонты - 2016 Научная конференция офтальмологов

Заболевания глазной поверхности. Взгляд со всех сторонЗаболевания глазной поверхности. Взгляд со всех сторон

Интересное об известномИнтересное об известном

Новые технологии в офтальмологии 2016 Всероссийская научно-практическая конференция Новые технологии в офтальмологии 2016 Всероссийская научно-п...

Витреоретинальная хирургия. Макулярный разрывВитреоретинальная хирургия. Макулярный разрыв

Современные технологии лечения витреоретинальной патологии - 2016 ХIV Научно-практическая конференция с международным участиемСовременные технологии лечения витреоретинальной патологии -...

Совет экспертов, посвященный обсуждению первого опыта использования новой офтальмологической системы CENTURION®Совет экспертов, посвященный обсуждению первого опыта исполь...

HRT/Spectralis* Клуб Россия 2015 – технология, ставшая незаменимой!HRT/Spectralis* Клуб Россия 2015 – технология, ставшая незам...

Три письма пациента. Доказанная эффективность леченияТри письма пациента. Доказанная эффективность лечения

Синдром «сухого» глаза: новые перспективыСиндром «сухого» глаза: новые перспективы

Многоликий синдром «сухого» глаза: как эффективно им управлять?Многоликий синдром «сухого» глаза: как эффективно им управлять?

Прошлое... Настоящее! Будущее?Прошлое... Настоящее! Будущее?

Проблемные вопросы глаукомы IV Международный симпозиумПроблемные вопросы глаукомы IV Международный симпозиум

Секундо В. Двухлетний личный опыт с линзами AT Lisa Tri и AT Lisa Tri ToricСекундо В. Двухлетний личный опыт с линзами AT Lisa Tri и AT...

Инновации компании «Алкон» в катарактальной и рефракционной хирургииИнновации компании «Алкон» в катарактальной и рефракционной ...

Применение устройств HOYA iSert Toric. Применение торических ИОЛ HOYA iSert Toric в рефракционной хирургии катарактыПрименение устройств HOYA iSert Toric. Применение торических...

Рейтинг@Mail.ru