Технология, базирана на фотосинтезата, показва обещаващи резултати при синдром на сухото око

Какво би било, ако очите можеха да се самолекуват, използвайки силата на светлината? Изследователи от Националния университет на Сингапур правят това възможно, черпейки вдъхновение от природата и фотосинтетичните мембрани на спанака. Тяхната новаторска технология осигурява непрекъсната хидратация на очите, предлагаща просто, ефективно и неинвазивно решение за синдрома на сухото око. Този подход не само предлага ефективно облекчение, но и полага основите на нова ера в лечението на очните заболявания.

Синдромът на сухото око – глобален проблем

Синдромът на сухото око, известен още като кератоконюнктивит сика, е едно от най-често срещаните очни заболявания, засягащо повече от 1,5 милиарда души по света. Състоянието не причинява просто временен дискомфорт, а води до белези по роговицата, хронична болка, замъглено зрение и повишена чувствителност към светлина. Различни проучвания свързват синдрома с депресия, тревожност и намалена работоспособност, както и с икономическа тежест, оценена на 3,84 милиарда щатски долара годишно само в Съединените щати.

Съвременните терапии като циклоспорин А и лифитеграст действат върху възпалителните молекулярни пътища, но високата им цена и потенциалните странични ефекти ограничават дългосрочната им употреба.

Какво се случва в клетките на засегнатите очи

На клетъчно ниво заболяването се поддържа от порочен кръг. Възпалението в роговицата води до образуване на реактивни кислородни видове (ROS) – силно реактивни молекули, които увреждат клетките. Здравите очи могат да неутрализират тези молекули чрез производство на антиоксиданти, което се задвижва от редуциран никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADPH). При наличието на възпаление обаче количеството ROS надхвърля естествените защитни способности на роговицата, което предизвиква образуването на още повече реактивни молекули и задълбочава клетъчното увреждане в самоподдържаща се разрушителна спирала.

Фотосинтеза – от листата към очите

В хода на революцията растенията и животните развиват различни механизми за осигуряване на енергия – растенията използват фотосинтеза, докато животните разчитат на хранителни вещества, получени чрез храната. Единственото известно изключение е вид морски охлюв, който поглъща и съхранява хлоропластите (специализирани растителни органели, които осъществяват фотосинтезата) на микроводорасли в клетките си. Благодарения на тях, при липса на храна охлювът може временно да се поддържа чрез фотосинтеза.

Вдъхновени от този уникален механизъм, учени от Националния университет на Сингапур изследват дали тъкани на бозайници също биха могли да придобият ограничена фотосинтетична способност. Те насочват вниманието си към очите, тъй като те са един от малкото органи в човешкото тяло, които естествено абсорбират видимата светлина – точно както листата на растенията.

Екипът разработва LEAF (Light-reaction Enriched thylAkoid NADPH-Foundry) – наноразмерна система, базирана на тилакоидите в хлоропластите на растителните клетки. Именно в тези структури по време на фотосинтезата светлинната енергия се преобразува в NADPH – молекула, която участва в производството на енергия и в антиоксидантната защита на клетките.

Основната иновация на учените е премахването на частта от хлоропластите, която изразходва NADPH, запазвайки непокътнати тилакоидите, отговорни за светлинните реакции. Така LEAF функционира като своеобразна „фабрика“ за NADPH, способна да увеличи производството с 20%.

Системата е създадена от листа на спанак чрез специален механизъм и химичен метод на екстракция (процес на извличане на определени съставки от твърди или течни вещества чрез обработка с разтворител). Получените частици са с размер около 400 нанометра, което им позволява лесно да се абсорбират от клетките.

След като навлезе в клетките, LEAF започва да произвежда NADPH под въздействието на околната светлина, което подпомага неутрализирането на реактивните кислородни видове, които се натрупват при възпаление и оксидативен стрес. По този начин технологията може да прекъсне увреждащия цикъл, характерен за синдрома на сухото око.

„Това е вълнуващо откритие, тъй като за първи път демонстрирахме, че механизми на растенията могат да бъдат приложени в тъкан на бозайници, за да генерират биологично полезни молекули, захранвани изцяло от същата светлина, която ни позволява да виждаме. Ние също можем да имаме ограничени фотосинтетични способности.“, споделя авторът на изследването д-р Син Куоран.

Резултати от предклинични проучвания

Лабораторни тестове върху възпалени клетки показват, че LEAF възстановява нивата на NADPH в рамките на 30 минути след излагане на светлина и променя имунните клетки в роговицата от провъзпалително към противовъзпалително състояние.

В тестове с проби от сълзи, събрани от пациенти със синдром на сухото око, технологията повишава нивата на NADPH приблизително 20 пъти и намалява оксидативното увреждане с над 95%.

В първото предклинично проучване, проведено съвместно с офталмолози от Университета „Джъдзян“, LEAF, прилаган под формата на капки за очи при нормално вътрешно осветление, възстановява роговицата до почти здравословни нива в рамките на пет дни, надминавайки ефекта на циклоспорин А.

Резултатите са потвърдени от второ проучване, а оценките за безопасност, включително изследвания за сенсибилизация на кожата, дразнене на очите и органна токсичност, проведени в продължение на два месеца, не показват нежелани реакции.

Потенциал отвъд очното здраве

Освен при синдрома на сухото око, изследователите виждат потенциал за технологии, базирани на LEAF, и при други заболявания, свързани с оксидативен стрес и възпаление. Според екипа подходът може да бъде особено ефективен в тъкани, които са изложени естествено на светлина, като ретината, кожата и скелетните мускули.

Учените работят и върху нови стратегии, които да позволят производството на полезни молекули и във вътрешни органи, без да е необходимо директно проникване на светлина.