Glødende kontaktlinse kan forhindre en hovedårsag til blindhed

Hundredvis af millioner mennesker lider af diabetes verden over, udsætter dem for en krybende blindhed, eller diabetisk retinopati, der følger med sygdommen i sine mere avancerede stadier. Eksisterende behandlinger, selvom det er effektivt, er smertefulde og invasive, involverer lasere og injektioner i øjeæblet. Caltech-studerende Colin Cook (MS '16) mener, at der er en bedre måde.

Laver mad, sammen med en gruppe forskere fra laboratoriet i Yu-Chong Tai, Caltechs Anna L. Rosen professor i elektroteknik og medicinsk teknik, har udviklet en potentiel behandling, der kunne være meget mindre skræmmende og invasiv, i form af en glød-i-mørke kontaktlinse.

Synstabet, der ledsager diabetes, er resultatet af den skade, sygdommen forårsager på små blodkar i hele kroppen, herunder dem i øjet. Den skade resulterer i nedsat blodgennemstrømning til nervecellerne i nethinden og deres endelige død. Efterhånden som sygdommen skrider frem, kroppen forsøger at modvirke virkningerne af de beskadigede blodkar ved at vokse nye i nethinden. Hos diabetespatienter, imidlertid, disse kar har tendens til at være dårligt udviklede og bløde ind i den klare væske inde i øjet, tilsløring af synet og sammensatte synsproblemer. Da blodkarrene bløder, de forårsager yderligere skade på nethinden, som kroppen reparerer med arvæv frem for nye lysfølende celler. Over tid, en diabetespatients syn bliver sløret og ujævn, før den forsvinder helt.

Fordi beskadigelse af nethinden begynder med en utilstrækkelig tilførsel af ilt, det bør være muligt at afværge yderligere synstab ved at reducere nethinden iltbehov. Indtil nu, det er opnået ved at bruge en laser til at brænde cellerne væk i nethindens perifere dele, så den ilt, disse celler ville have krævet, kan bruges af de vigtigere synceller i midten af ​​nethinden. En anden behandling kræver indsprøjtning af medicin, der reducerer væksten af ​​nye blodkar direkte ind i øjeæblet.

Cook håber, at hans kontaktlinser vil tilbyde en løsning, som patienterne vil være mere villige til at prøve, fordi den involverede indsats er minimal, ligesom bivirkningerne.

Ligesom laserbehandlingen, linserne reducerer nethindens metaboliske krav, men på en anden måde. Nøglen til deres succes er øjets stangceller, som giver udsyn i svagt lys. Stangcellerne har brug for og bruger meget mere ilt i mørke, end de gør, når de er oversvømmet med lys - mens sige, ser på denne computerskærm - og det er blevet antaget i to årtier, at meget af den skade, der forårsages på nethinden ved diabetisk retinopati, opstår, når stavcellerne øger deres iltbehov om natten.

"Dine stavceller, det viser sig, indtager omkring dobbelt så meget ilt i mørke, som de gør i lys, "Siger Cook.

Af den grund, kontaktlinserne er designet til at reducere nethindens iltbehov om natten ved at give stavcellerne den svageste mængde lys at se på, mens brugeren sover.

"Hvis vi skruer ned for stofskiftet i nethinden, vi burde være i stand til at forhindre nogle af de skader, der opstår, " han siger.

For at give lys til nethinden hele natten, linserne låner teknologi fra armbåndsure, der har lysende markører i ansigtet. Belysningen leveres af små hætteglas fyldt med tritium, en radioaktiv form for hydrogengas, der udsender elektroner, når den henfalder. Disse elektroner omdannes til lys af en fosforescerende belægning. Dette system sikrer et konstant lysoutput i kontaktlinsens levetid.

Hætteglassene, som kun er bredden af ​​nogle få menneskehår, er implanteret i linsen i et radialt mønster som strålerne fra en tegneseriesol. Hætteglassene skaber en cirkel, der er lige stor nok til at falde uden for brugerens syn, når eleverne er indsnævret under oplyste forhold. I mørket, pupillen udvider sig, og den svage glød fra hætteglassene kan belyse nethinden.

Lysterapi for diabetisk retinopati er tidligere blevet forsøgt i form af tændte søvnmasker, men resultaterne var dårlige, dels fordi patienterne havde svært ved at tolerere maskerne og ignorere lyset, der skinner i deres øjne, mens de sov.

Søvnmaskens lyskilde er ikke fastgjort til øjet, så som øjet bevæger sig, bæreren ser et flimmer, og det er meget distraherende, når du prøver at falde i søvn, han siger.

Cook siger, at hans linser undgår det problem ved at placere lyskilden på øjets overflade, så når øjet bevæger sig, lyskilden bevæger sig med den, og der er ingen flimmer for bæreren at bemærke.

"Der er neural tilpasning, der sker, når du har en konstant kilde til belysning på øjet. Hjernen trækker signalet fra synet, og bæreren vil opfatte mørke igen på få sekunder, " han siger.

Kontaktlinsens design sikrer også, at nethinden modtager en passende dosis lys hele natten.

"Når vi sover, vores øjne ruller tilbage. For en søvnmaske betyder det, at øjet ikke længere modtager så meget lys, men kontaktlinserne bevæger sig med øjet, så der er ikke sådan et problem, " han siger.

Early testing of the lenses conducted in collaboration with Mark Humayun's lab at the University of Southern California is showing promising results, with rod cell activity reduced by as much as 90 percent when worn in the dark. Cook says in the next few months, he and his fellow researchers will start testing the lenses to see if their ability to reduce retinal metabolism will translate into the prevention of diabetic retinopathy. Following those tests, they will seek FDA permits to begin clinical trials.

"This is an innovative solution with a potentially huge impact on diabetic retinopathy, " says Tai, who also holds the Andrew and Peggy Cherng Medical Engineering Leadership Chair and is executive officer for medical engineering.

The team recently took their invention to TigerLaunch, an entrepreneurship competition hosted by Princeton University. Their work was recognized as the top medical technology, and the team came in third place overall.

"Having our work recognized by a panel of venture capitalists is really exciting, " Cook says, "but it was the audience members who came up afterwards and shared stories about loved ones being impacted by the disease who really reinvigorated my efforts."