Kan nanoimplantat rädda synen?

Ett fruktbart samarbete mellan ögonforskare, materialvetare och fysiker har lett till att det nu är möjligt att odla nervceller i en sorts ”nanoskogar”, på ytor med upprättstående nanotrådar. Hur nervcellerna växer och hur de bildar kontakt med varandra i dessa skogar påminner om deras naturliga växtsätt i näthinnan – något som inte sker om de odlas på platta ytor i vanliga odlingsskålar.

Metoden utgör en grund för näthinneimplantat men en del forskning återstår innan de kan börja användas på människor.

SJUKDOMAR SOM DRABBAR NÄTHINNAN går idag inte att bota. I bästa fall kan förloppet bromsas något men i värsta fall leder sjukdomen till blindhet. I Sverige har cirka 900 000 personer någon form av näthinnerelaterad synnedsättning.

– Tekniken med nanotrådar är intressant, både som nanoimplantat för dem som förlorat synen, men den skulle även kunna användas för att på olika sätt bromsa nervcellsdöden i näthinnan, säger Maria Thereza Perez, ögonforskare vid Avdelningen för oftalmologi vid Lunds universitet.

ENKELT UTTRYCKT UTGÅR FORSKARNA från en liten platta (ca 0,5×0,5 mm) gjord av galliumfosfid (ett halvledande material) med en ”skog”, eller ”spikmatta”, av upprättstående supertunna nanotrådar. Stavarnas tjocklek, längd och hur tätt de sitter kan varieras efter behov. Plattan med nanotrådar används sedan som stödyta vid odling av nervceller, i det här fallet från näthinnan.

Det finns två olika huvudtyper av celler i nervsystemet, nervceller och gliaceller, som är en sorts stödjeceller vars uppgift är att skydda och ge näring till nervcellerna. Gliacellerna behövs för att nervcellerna ska må bra men vid odling i laboratoriet, på plana ytor i odlingsskålar, händer det ofta att gliacellerna tar över. Överaktiverade gliaceller begränsar också livslängden hos inopererade implantat genom att växa över dem och det är därför viktigt att kunna styra över hur och var de växer.

Genom att göra plattor där stråk av nanotrådar varvas med stråk utan nanotrådar, ungefär som brandgator i en skog, skapar man rätt tillväxtförutsättningar. Det har visat sig att nervcellerna mår bäst om de får växa genom att slingra sig runt de upprättstående nanotrådarna medan gliacellerna föredrar att växa i de fria ”brandgatorna”. (Se bilden nedan)

– Vi har skapat en miljö där nervceller och gliaceller växer tillräckligt nära varandra för att må bra men utan att gliacellerna får möjlighet att ta över, säger Christelle Prinz, biofysiker och nanoforskare vid avdelningen för fasta tillståndets fysik vid Lunds universitet.

Försöken är hittills gjorda på odlade celler i laboratoriet men forskarna kommer att gå vidare med djurförsök.

MATERIALET ÄR INTRESSANT PÅ FLERA OLIKA SÄTT. Ur ett grundforskningsperspektiv är det viktigt att kunna skapa en miljö där cellerna växer och bildar nätverk på ett sätt som liknar deras naturliga växtsätt. Det öppnar möjligheter att studera hur de beter sig i olika situationer, hur de reagerar på tillsatser av olika substanser osv. Men materialet är intressant även vid utveckling av behandlingsstrategier för ögonsjukdomar.

– Det är i första hand två strategier som är intressanta. Den ena är intressant för patienter med synnedsättning där det handlar om att rädda kvarvarande celler så länge det går, så kallade neuroskyddande åtgärder. Den andra strategin handlar om att försöka ge synen tillbaka till de som redan blivit blinda, säger Maria Thereza Perez.

NÄR DET GÄLLER NEUROSKYDDANDE ÅTGÄRDER skulle plattor med nanotrådar vara intressanta genom att använda dem som implantat i områden där nervceller börjat dö. När nervceller dör aktiveras nämligen gliacellerna och börjar bl.a. producera substanser som är bra för nervcellerna, i ett försök att rädda dem. Celler som dör är borta för alltid men genom att implantera plattor med nanotrådar tror forskarna att det skulle kunna vara möjligt att, i kombination med de positiva substanser som gliacellerna redan producerar, skapa extra gynsamma förhållanden för de kvarvarande nervcellerna eftersom de trivs att växa på nanotrådar.

”Spikmattan” består av nanotrådar som är cirka 80 nanometer i diameter. De gröna ”bollarna” är nervceller. BILD: Piret, M. et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, 7 (34), pp 18944–18948

Det är känt att stimulering av nervceller med svag ström har en skyddande effekt. Cellerna överlever längre helt enkelt. Att stimulera näthinnas nervceller med nanotrådbaserade komponenter skulle därför kunna leda till att de överlever längre. Tekniken skulle kunna vara extra intressant t.ex. vid Retinitis Pigmentosa eller vid grön starr eftersom processerna här går ganska långsamt.

DET LÅTER SOM SCIENCE FICTION men är något som faktiskt redan görs. Principen går ut på att ersätta den funktion som gått förlorad, dvs. att ersätta de ljuskänsliga cellernas (tapparnas och stavarnas) funktion. När en tapp eller stav träffas av ljus går en signal vidare till det så kallade bipolära cellagret som i sin tur kopplar den vidare till gangliecellerna som leder nervimpulserna till synnerven och vidare tolkning i hjärnan. Hos blinda personer är tapparna och/eller stavarna döda och kan därför varken skapa eller förmedla någon signal till synnerven.

På initiativ av Heiner Linke, professor i nanofysik, vill gruppen nu även testa om det är möjligt att använda nanotrådarna för att återskapa synen.

– Genom att använda nanotrådar som fungerar som solceller, dvs. att det bildas en elektrisk spänning när de träffas av ljus, skulle man kunna ersätta de ljuskänsliga syncellernas funktion. Spänningspulsen från de ljuskänsliga nanotrådarna skulle kunna skicka en signal vidare till det bipolära cellagret, vidare till gangliecellerna och sedan synnerven, säger Christelle Prinz.

Idag finns sådana näthinneimplantat i mikroskala och ett antal patienter har rapporterat en viss synfunktion under en period. Utrustningen är dock klumpig, den behöver ofta en extern energikälla för att fungera och upplösningen är dålig.

– Med våra studier vill vi bidra till att förbättra befintliga implantat. Nanoteknologin erbjuder möjligheter till bl.a. mycket bättre upplösning, säger båda forskarna. Och våra fynd om hur man med hjälp av nanotrådar kan styra hur och var gliaceller växer är också av betydelse för hur man förlänger livslängden hos dessa implantat.

De vill dock påminna om att en del grundforskning återstår innan det kan bli aktuellt att testa sådana nanoimplantat på människor.

Text: Eva Bartonek Roxå

Maria Thereza Perez och Christelle Prinz är verksamma vid Lunds universitets centrumbildning NanoLund, Centrum för Nanovetenskap vid Lunds universitet som engagerar 270 forskare som är verksamma vid de tekniska, naturvetenskapliga och medicinska fakulteterna. Christelle Prinz är också verksam i Lunds universitets Neuronano Research Center (NRC).