Et stort skridt mod ikke-viral okulær genterapi ved hjælp af laser og nanoteknologi

I januar 2009 ingeniør Michel Meuniers liv, professor ved Polytechnique Montréal, ændret sig dramatisk. Ligesom andre, han havde observeret, at den ekstremt korte puls fra en femtosekund-laser kunne få nanometerstore huller til at dukke op i silicium, når det var dækket af guld-nanopartikler. Men denne forsker, internationalt anerkendt for sine færdigheder inden for laser- og nanoteknologi, besluttede at gå et skridt videre med det, der dengang blot var en laboratorie-kuriositet. Han spekulerede på, om det var muligt at gå fra silicium til levende stof, fra uorganisk til organisk. Kunne guld-nanopartiklerne og femtosekundlaseren, denne "lette skalpel, "reproducere det samme fænomen med levende celler?

Professor Meunier begyndte at arbejde på celler in vitro i sit polytekniske laboratorium. Udfordringen var at lave et nanometrisk snit i cellernes ekstracellulære membran uden at beskadige den. Ved at bruge guld nanopartikler, der fungerede som "nanolenser, " Professor Meunier indså, at det var muligt at koncentrere lysenergien fra laseren til en bølgelængde på 800 nanometer. Da der er meget lidt energiabsorption af cellerne ved denne bølgelængde, deres integritet bevares. Mission fuldført!

Baseret på dette fund, Professor Meunier besluttede at arbejde på celler in vivo, celler, der er en del af en kompleks levende cellestruktur, såsom øjet for eksempel.

Øjet og den lette skalpel

I april 2012 Professor Meunier mødte Przemyslaw Sapieha, en internationalt anerkendt øjenspecialist, især anerkendt for sit arbejde på nethinden. "Mike", mens han går forbi, er professor i Oftalmologisk Afdeling ved Université de Montréal og forsker ved Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) de l'Est-de-l'Île-de-Montréal. Han så med det samme potentialet i denne nye teknologi og alt, hvad der kunne gøres i øjet, hvis du kunne blokere den krusningseffekt, der opstår efter en trigger, der fører til grøn stær eller makuladegeneration, for eksempel, ved at injicere stoffer, proteiner eller endda gener.

At bruge en femtosekundlaser til at behandle øjet - et højt specialiseret og skrøbeligt organ - er meget komplekst, imidlertid. Øjet er en del af centralnervesystemet, og derfor er mange af cellerne eller familierne af celler, der udgør det, neuroner. Og når en neuron dør, det regenererer ikke som andre celler gør. Mike Sapiehas første opgave var derfor at sikre, at en femtosekundlaser kunne bruges på en eller flere neuroner uden at påvirke dem. Det er det, der omtales som "proof of concept".

Bevis på koncept

Mike og Michel ringede til biokemiforskeren Ariel Wilson, en ekspert i øjenstrukturer og synsmekanismer, samt professor Santiago Costantino og hans team fra Oftalmologisk afdeling ved Université de Montréal og CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal for deres ekspertise inden for biofotonik. Holdet besluttede først at arbejde på sunde celler, fordi de er bedre forstået end syge celler. De injicerede guldnanopartikler kombineret med antistoffer for at målrette specifikke neuronale celler i øjet, og ventede derefter på, at nanopartiklerne ville sætte sig omkring de forskellige neuroner eller familier af neuroner, såsom nethinden. Efter det lyse blitz genereret af femtosekund-laseren, det forventede fænomen opstod:der opstod små huller i cellerne i øjets nethinde, gør det muligt effektivt at injicere lægemidler eller gener i specifikke områder af øjet. Det var endnu en sejr for Michel Meunier og hans samarbejdspartnere, med disse afgørende resultater åbner nu vejen til nye behandlinger.

Nøgletræk ved teknologien udviklet af forskerne fra Polytechnique og CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal er dens ekstreme præcision. Med brug af funktionaliserede guld nanopartikler, den lette skalpel gør det muligt præcist at lokalisere den cellefamilie, hvor lægen skal gribe ind.

Efter at have demonstreret proof of concept, Professor Meunier og hans team indgav en patentansøgning i USA. Dette enorme arbejde var også genstand for et papir, der blev gennemgået af en imponerende læsekomité og offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Nano bogstaver i oktober 2018.

Selvom der stadig er meget forskning at lave - mindst 10 års værdi, først på dyr og derefter på mennesker - denne teknologi kan gøre hele forskellen i en aldrende befolkning, der lider af øjenforringelse, som der stadig ikke er nogen effektive langtidsbehandlinger for. Det har også den fordel, at det undgår brugen af ​​vira, der almindeligvis anvendes i genterapi. Disse forskere ser på anvendelser af denne teknologi i alle øjensygdomme, men især ved glaukom, retinitis og makuladegeneration.

Denne lette skalpel er uden fortilfælde.