在近视、糖尿病和衰老中，纤维玻璃体液化和变性与玻璃体内部形成混浊有关，这些混浊在视网膜上投下阴影，对患者来说就像“漂浮物”，俗称飞蚊症。玻璃体混浊会降低对比敏感度功能，并且严重影响患者的生活质量。近日，比利时根特大学StefaanC. De Smedt、Kevin Braeckmans和密歇根大学Yannis M. Paulus等人介绍了利用透明质酸包覆的金纳米颗粒和吲哚菁绿用于安全破坏玻璃体混浊的纳米气泡消融疗法。成果发表在Nature Nanotechnology上。
蛋白质在细胞和生物体的功能中起着至关重要的作用。错误折叠蛋白质的积累导致不溶性有毒聚集体，例如神经退行性疾病中淀粉样肽的聚集。其他蛋白质可以形成聚集体，从而引发不同的病变，例如近视和老化眼睛的玻璃体中的胶原蛋白聚集。玻璃体是一种高度水合的透明凝胶（>98% 的水），由细长的胶原蛋白（II、V、IX 和 XI 型）原纤维的稀释网络维持。如图所示，IX 型胶原蛋白具有从原纤维表面延伸的硫酸软骨素链。在年轻和健康的眼睛中，硫酸软骨素链与阴离子透明质酸 (HA) 结合，这被认为可以分隔胶原蛋白原纤维，从而防止它们聚集。随着年龄的增长和近视，HA逐渐从胶原蛋白中解离，导致玻璃体凝胶液化。胶原原纤维交联并聚集，而置换的（亲水性）HA形成玻璃状液体。当胶原蛋白聚集体变大时，患者开始出现“飞蚊症”，即视力退化性肌视症，对视力和生活质量产生负面影响。根据一项调查，多达76%的人报告有飞蚊症，其中 33% 的人报告有明显的视力障碍。患者报告说飞蚊症使人严重衰弱，并具有11%的死亡风险和7%的失明风险来摆脱与飞蚊症相关的症状。通常情况下，有症状的玻璃体混浊患者往往得不到治疗而且还必须应对他们的症状，如抑郁、压力和焦虑。最后，由于人口老龄化和近视的全球流行，玻璃体飞蚊症的患病率将增加。目前，有两种治疗方案可用于治疗飞蚊症。1970 年代引入的平坦部玻璃体切除术相对安全，但具有侵入性且存在风险。光消融使用高能激光脉冲和钕钇石榴石 (YAG) 激光，从而破坏玻璃体混浊。但高水平的激光能量也存在风险。先前的研究表明在用适当波长的激光脉冲照射金纳米粒子(AuNP)时，其表面会发生超快的温度升高。这种加热导致周围水的蒸发和蒸汽纳米气泡(VNB)的形成，这些 VNB 在数十到数百纳秒内膨胀和塌陷。
鉴于此，该课题组研究了HA-AuNPs 和 ICG 在体内破坏用纳秒激光脉冲照射的玻璃体混浊的能力。为了模拟内源性玻璃体混浊，研究人员将胶原蛋白聚集体（外源性胶原混浊）注射到兔子的眼睛中，发现由 ICG 和 HA-AuNPs产生的 VNB 可以在比 YAG 激光更低的激光能量密度下安全地破坏玻璃体混浊。由 HA-AuNP 产生的 VNB 在体内消融胶原混浊首先，作者研究了HA-AuNPs在体内消融胶原混浊的效果。在玻璃体内注射 HA-AuNPs 后，由于 HA-AuNPs 在外源性玻璃体混浊物上的积累，外源性胶原混浊变得微红。对于所有兔子，研究人员观察到 5 ± 2 次脉冲足以完全消融外源性玻璃体混浊。这些结果证实，在激光照射 10 nm HA-AuNPs 时产生的光诱导 VNB 可以破坏体内玻璃体中的胶原蛋白混浊。
ICG 产生的 VNB 在体内外消融外源性胶原混浊此外，研究人员还证明了另一种临床药物ICG也可以通过产生VNB，从而对体外/内的外源性胶原混浊进行有效消融。在体内试验中，玻璃体内注射的 ICG 可以到达并结合玻璃体中的外源性胶原混浊。而且在所有测试的兔子中，3.3 ± 1.5 脉冲似乎足以破坏玻璃体内注射的混浊。
图|ICG 用于纳米气泡介导的玻璃体混浊消融的体内研究
最后，通过进行目视检查表明了该疗法的安全性。目视检查显示用激光治疗的眼睛（有和没有 ICG 或 HA-AuNPs）显示正常的前节。眼底成像显示没有后段异常。OCT 成像显示正常的视网膜解剖结构。视网膜电图波形未显示未处理和处理过的兔子之间的显著差异。将纳米气泡介导的玻璃体混浊消融术应用于临床仍存在一些具有挑战性的问题。1）首先，由于目前没有诱导动物内源性玻璃体混浊的模型，因此研究纳米气泡介导的更复杂混浊的消融仍然存在困难，2）此外，虽然（药物的）局部给药经常受到角膜屏障的阻碍，并且从前段到后段的运输相当有限，但局部给药如ICG或HA-AuNPs的光敏剂，从而避免玻璃体内注射，将具有很高的价值。3）除了疗效之外，纳米气泡介导的玻璃体混浊消融的安全性将在很大程度上决定临床实践的成功。在这方面，了解光敏剂从玻璃体中清除的方式（通过前路和/或后路）并量化光敏剂的玻璃体内停留时间及其与眼内组织的相互作用非常重要。4）同样重要的是要注意，除了混浊之外，玻璃体中可能存在局部液化区域。人们可能想知道 ICG 是否不会优选地积聚在可能影响治疗效果和安全性的液化区域。然而，ICG 是一种小分子，预计会在凝胶和液化玻璃体中自由扩散（以相似的速度）。因此，预计 ICG 不会（空间上）从凝胶相中排除并集中在液化区域。综上所述，纳米气泡介导的消融是一种非常有前途的方法，可以消除因衰老和疾病而出现的玻璃体混浊。HA-AuNPs 和 ICG 都非常有吸引力，因为它们在玻璃体内注射时会自发地积聚在玻璃体混浊上。应用几纳秒的低能量激光脉冲（比目前临床 YAG 激光治疗中使用的弱约 1000 倍）产生局部 VNB，机械破坏胶原聚集体。2018 年，Palanker在NEJM上强调“在眼前房以外应用超快激光的潜在未来在于玻璃体漂浮物的解剖”。相信玻璃体混浊的纳米气泡消融满足了这一需求，并将为在眼睛后段安全使用脉冲激光铺平道路。Sauvage, F., Nguyen,V.P., Li, Y. et al. Laser-induced nanobubbles safely ablate vitreous opacitiesin vivo. Nat. Nanotechnol. (2022).https://doi.org/10.1038/s41565-022-01086-4
