Полые наночастицы из графитного нитрида углерода позволили слепым мышам реагировать на свет без электронного импланта или изменения генов клеток. После инъекции в глаз исследователи обнаружили сигналы в зрительной коре и изменения поведения животных. Но это ещё только доклиническое исследование — восстановить зрение в полном смысле не удалось.

Метод нацелен на запущенные формы дегенерации сетчатки, когда светочувствительные клетки отмирают, но нейроны, передающие сигнал в мозг, ещё живы. Такое происходит при пигментном ретините и других наследственных болезнях, постепенно уничтожающих зрение.

Исследователи создали полые сферы диаметром около 306 нм из графитного нитрида углерода — полимерного полупроводника, чувствительного к видимому свету. Полая конструкция заставляет свет отражаться внутри, поэтому материал поглощает излучение от 350 до 600 нм в три раза лучше, чем сплошной графитный нитрид углерода.

После введения в глаз частицы оседают на внутренней стороне сетчатки рядом с ганглиозными клетками — теми, что отправляют зрительный сигнал в мозг. Свет запускает в полупроводнике фотоэлектрохимические процессы и генерирует активные формы кислорода, которые меняют движение кальция в клетках. Живые нейроны начинают генерировать электрические импульсы, хотя мёртвые фоторецепторы при этом не возрождаются.

На мышах с тяжёлой наследственной дегенерацией сетчатки три из семи животных через четыре недели после инъекции проводили свыше 60% времени в тёмной части экспериментальной камеры, в то время как контрольные мыши явного предпочтения не показывали. Здоровые мыши ведут себя так благодаря способности различать яркое и тёмное пространство.

Запись активности зрительной коры была менее убедительна. Воспроизводимый ответ на вспышки света появился в пяти из 14 обработанных глаз — 36%. В контрольной группе из 14 глаз такой ответ зафиксирован в одном случае, то есть в 7%. Но доверительный интервал различия между группами включал ноль, поэтому на малой выборке доказанность эффекта остаётся неполной.

Стандартная электроретинография после лечения по-прежнему не показала активности фоторецепторов. Исследователи видят в этом подтверждение того, что наночастицы не воскресили повреждённые светочувствительные клетки, а проложили новый путь от света к сохранившимся нейронам. Это отличается от оптогенетики, где клетки предварительно изменяют генетически, чтобы они вырабатывали светочувствительные белки.

На изолированной сетчатке свиньи синие световые импульсы волной 450 нм увеличили среднюю частоту срабатывания ганглиозных клеток с 5 до 29 Гц. Амплитуда электрических сигналов выросла с 12 до 39,1 мкВ, а вещество, блокирующее нервные импульсы, почти полностью подавило эффект. Это подтвердило, что регистрировались именно нейронные импульсы.

Первые проверки безопасности не выявили видимого ущерба сетчатке. Через две недели толщина и строение не изменились, анализ генной активности не обнаружил признаков воспаления. В искусственной среде частицы сохраняли форму не менее месяца.

До применения у людей технология ещё далеко. Мышам требовался очень яркий свет, часть частиц при обычной инъекции не попадала к нужным клеткам. Синий свет плохо проникает глубоко в ткани. Исследователи рассматривают введение материала прямо под сетчатку, более точное связывание частиц с определёнными клетками и сдвиг чувствительности материала в красный или ближний инфракрасный диапазон.

Главная привлекательность подхода в том, что он обходит ограничения других методов. Генотерапия часто зависит от конкретной мутации, оптогенетика требует перепрограммирования клеток, электронные протезы сетчатки нужно устанавливать хирургически. Наночастицы потенциально создают светочувствительный слой простой инъекцией. Но неизвестно, как долго он будет работать, насколько безопасным окажется материал через месяцы и годы, и какую чёткость изображения воспримет мозг. Поэтому «один укол вместо импланта» — это перспектива технологии, а не готовый способ вернуть человеку зрение.