Goldene Augen: Wie Gold-Nanopartikel helfen könnten, Sehkraft wiederherzustellen

Eine neue Studie deutet darauf hin, dass Gold-Nanopartikel – die tausendmal dünner sind als ein menschliches Haar – eines Tages zur Wiederherstellung der Sehkraft bei Menschen mit Makuladegeneration und anderen Netzhauterkrankungen eingesetzt werden könnten.

Ein Forscherteam von der Brown University, Providence, USA, zeigte, dass in die Netzhaut injizierte Nanopartikel aus Gold das Sehsystem erfolgreich stimulieren und die Sehkraft von Mäusen mit Netzhauterkrankungen wiederherstellen können. Die Ergebnisse der Forscher deuten darauf hin, dass eine Kombination von Gold-Nanopartikeln mit einem Lasergerät als ein neuartiges Sehprothesensystem Menschen mit Netzhauterkrankungen zukünftig helfen könnte, wieder zu sehen. Die Ergebnisse der von den National Institutes of Health unterstützten Studie wurden in der Fachzeitschrift „ACS Nano“ veröffentlicht.

„Dies ist eine neue Art von Netzhautprothese, die das Potenzial hat, die durch Netzhautdegeneration verloren gegangene Sehkraft wiederherzustellen, ohne dass eine komplizierte Operation oder eine genetische Veränderung erforderlich ist“, erklärte Jiarui Nie, eine Postdoktorandin an den National Institutes of Health, die die Forschung leitete, während sie ihren Doktortitel an der Brown University erwarb. „Wir glauben, dass diese Technik die Behandlungsmethoden für degenerative Erkrankungen der Netzhaut verändern könnte“.

Nie führte die Arbeit im Labor von Jonghwan Lee durch. Lee ist außerordentlicher Professor an der Brown School of Engineering und Fakultätsmitglied am Brown Carney Institute for Brain Science. Er beaufsichtigte die Arbeit und fungierte als Hauptautor der Studie.

Netzhauterkrankungen wie Makuladegeneration und Retinitis pigmentosa betreffen Millionen von Menschen auf der ganzen Welt. Diese Erkrankungen schädigen die Photorezeptoren, die Licht in winzige elektrische Impulse umwandeln. Diese Impulse stimulieren die Bipolar- und Ganglienzellen, die die Signale der Fotorezeptoren verarbeiten und an das Gehirn weiterleiten.

Ein neuer Ansatz

Um geschädigte Photorezeptoren zu umgehen, werden Nanopartikel direkt in die Netzhaut injiziert. Wenn Infrarotlicht auf die Nanopartikel fokussiert wird, erzeugen sie eine winzige Wärmemenge, die die Bipolar- und Ganglienzellen in ähnlicher Weise aktiviert wie die Impulse der Photorezeptoren. Da bei Erkrankungen wie der Makuladegeneration vor allem die Photorezeptoren betroffen sind, während die Bipolar- und Ganglienzellen intakt bleiben, könnte diese Strategie den Forscher zufolge das Potenzial haben, verlorenes Sehvermögen wiederherzustellen.

Nanopartikel regen Bipolar- und Ganglienzellen an

Das Forscherteam testete diesen neuen Ansatz in Mäusen mit Netzhauterkrankungen. Nach der Injektion einer flüssigen Nanopartikellösung verwendeten die Wissenschaftler gemustertes Nahinfrarot-Laserlicht, um Formen auf die Netzhäute zu projizieren. Mit Hilfe eines Kalziumsignals zur Erkennung der Zellaktivität bestätigte das Team, dass die Nanopartikel Bipolar- und Ganglienzellen in Mustern anregten, die den vom Laser projizierten Formen entsprachen.

Die Experimente zeigten, dass weder die Nanopartikellösung noch die Laserstimulation nachweisbare unerwünschte Nebenwirkungen oder Toxizität verursachten. Mit Hilfe von Sonden bestätigten die Forscher, dass die Laserstimulation der Nanopartikel zu einer erhöhten Aktivität in den visuellen Rinden der Mäuse führte – ein Hinweis darauf, dass zuvor fehlende visuelle Signale übertragen und vom Gehirn verarbeitet wurden. Dies sei ein Zeichen dafür, dass das Sehvermögen zumindest teilweise wiederhergestellt worden sei, so die Forscher – ein gutes Zeichen für eine mögliche Übertragung einer ähnlichen Technologie auf den Menschen.

Neuartiges Sehprothesensystem mit Vorteilen

Für den Einsatz beim Menschen stellen sich die Forscher ein System vor, das die Nanopartikel mit einem Lasersystem kombiniert, das in eine Brille eingebaut ist. Die Kameras in den Brillen würden Bilddaten von der Außenwelt sammeln und diese zur Steuerung der Muster eines Infrarotlasers verwenden. Die Laserimpulse würden dann die Nanopartikel in der Netzhaut der Menschen stimulieren und ihnen das Sehen ermöglichen.

Der Ansatz ähnelt einem Verfahren, das vor einigen Jahren von der Food and Drug Administration für den menschlichen Gebrauch zugelassen wurde. Bei dem älteren Verfahren wurde ein Kamerasystem mit einer kleinen Elektrodenanordnung kombiniert, die chirurgisch in das Auge implantiert wurde. Der Ansatz mit Nanopartikeln hat laut Nie mehrere entscheidende Vorteile. Zunächst einmal ist er weit weniger invasiv. „Im Gegensatz zu einer Operation ist eine intravitreale Injektion eines der einfachsten Verfahren in der Augenheilkunde“, so Nie.

Es gibt auch funktionelle Vorteile. Die Auflösung des bisherigen Ansatzes war durch die Größe des Elektrodenarrays – etwa 60 Quadratpixel – begrenzt. Da die Nanopartikellösung die gesamte Netzhaut bedeckt, kann das neue Verfahren potenziell das gesamte Sichtfeld eines Menschen abdecken. Und da die Nanopartikel auf Nahinfrarotlicht und nicht auf visuelles Licht reagieren, beeinträchtigt das System nicht unbedingt das Restsehvermögen einer Person.  

Bis zur klinischen Erprobung dieses Ansatzes sind noch weitere Arbeiten erforderlich, so Nie, aber diese ersten Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass dies möglich ist.

(SaS)