Wereldwijd lijden honderden miljoenen mensen aan diabetes, waardoor ze het risico lopen op een sluipende blindheid, of diabetische retinopathie, dat komt met de ziekte in de meer gevorderde stadia. bestaande behandelingen, hoewel effectief, zijn pijnlijk en invasief, met lasers en injecties in de oogbol. Caltech-afgestudeerde student Colin Cook (MS '16) denkt dat er een betere manier is.

Koken, samen met een groep onderzoekers van het lab van Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen van Caltech, hoogleraar elektrotechniek en medische technologie, heeft een mogelijke behandeling ontwikkeld die een stuk minder eng en invasief zou kunnen zijn, in de vorm van een glow-in-the-dark contactlens.

Het verlies van gezichtsvermogen dat gepaard gaat met diabetes is het gevolg van de schade die de ziekte veroorzaakt aan kleine bloedvaten door het hele lichaam, inclusief die in het oog. Die schade resulteert in een verminderde bloedtoevoer naar de zenuwcellen in het netvlies en hun uiteindelijke dood. Naarmate de ziekte vordert, het lichaam probeert de effecten van de beschadigde bloedvaten tegen te gaan door nieuwe in het netvlies te laten groeien. Bij diabetespatiënten is echter, deze bloedvaten zijn meestal slecht ontwikkeld en bloeden in de heldere vloeistof in het oog, verduisterend zicht en verergerende gezichtsproblemen. Als de bloedvaten bloeden, ze veroorzaken extra schade aan het netvlies dat het lichaam herstelt met littekenweefsel in plaats van met nieuwe lichtgevoelige cellen. Overuren, het zicht van een diabetespatiënt wordt wazig en fragmentarisch voordat het volledig vervaagt.

Omdat schade aan het netvlies begint met onvoldoende zuurstoftoevoer, het moet mogelijk zijn om verder verlies van het gezichtsvermogen te voorkomen door de zuurstofbehoefte van het netvlies te verminderen. Tot nu, dat is bereikt door een laser te gebruiken om de cellen in de perifere delen van het netvlies weg te branden, dus de zuurstof die die cellen nodig zouden hebben, kan worden gebruikt door de belangrijkere zichtcellen in het midden van het netvlies. Een andere behandeling vereist het injecteren van medicatie die de groei van nieuwe bloedvaten rechtstreeks in de oogbol vermindert.

Cook hoopt dat zijn contactlenzen een oplossing zullen bieden die patiënten eerder zullen proberen, omdat de inspanning minimaal is. evenals de bijwerkingen.

Net als de laserbehandeling, de lenzen verminderen de metabolische eisen van het netvlies, maar op een andere manier. De sleutel tot hun succes zijn de staafcellen van het oog, die zorgen voor zicht bij weinig licht. De staafcellen hebben in het donker veel meer zuurstof nodig en gebruiken dan wanneer ze overspoeld worden met licht, terwijl zeggen, kijkend naar dit computerscherm - en er wordt al twee decennia verondersteld dat veel van de schade aan het netvlies door diabetische retinopathie optreedt wanneer de staafcellen 's nachts hun zuurstofbehoefte verhogen.

"Je staafcellen, zoals het blijkt, verbruiken in het donker ongeveer twee keer zoveel zuurstof als in het licht, ' zegt Kok.

Om die reden, de contactlenzen zijn ontworpen om de nachtelijke zuurstofbehoefte van het netvlies te verminderen door de staafcellen de zwakste hoeveelheid licht te geven om naar te kijken terwijl de drager slaapt.

"Als we de stofwisseling in het netvlies verlagen, we zouden in staat moeten zijn om een ​​deel van de schade te voorkomen, " hij zegt.

Om het netvlies de hele nacht van licht te voorzien, de lenzen lenen technologie van polshorloges met gloeiende markeringen op hun gezicht. De verlichting wordt verzorgd door kleine flesjes gevuld met tritium, een radioactieve vorm van waterstofgas die elektronen afgeeft tijdens het verval. Die elektronen worden door een fosforescerende coating omgezet in licht. Dit systeem zorgt voor een constante lichtopbrengst gedurende de levensduur van de contactlens.

de flesjes, die slechts de breedte van een paar mensenharen zijn, zijn geïmplanteerd in de lens in een radiaal patroon als de stralen van een tekenfilmzon. De flesjes creëren een cirkel die net groot genoeg is om buiten het zicht van de drager te vallen wanneer de pupillen vernauwd zijn in verlichte omstandigheden. In het donker, de leerling breidt zich uit, en de zwakke gloed van de flesjes kan het netvlies verlichten.

Lichttherapie voor diabetische retinopathie is al eerder geprobeerd in de vorm van verlichte slaapmaskers, maar de resultaten waren slecht, deels omdat patiënten moeite hadden met het verdragen van de maskers en het negeren van het licht dat in hun ogen scheen terwijl ze sliepen.

De lichtbron van het slaapmasker is niet aan het oog bevestigd, dus als het oog beweegt, de drager ziet een flikkering en dat is erg storend als je probeert in slaap te vallen, hij zegt.

Cook zegt dat zijn lenzen dat probleem vermijden door de lichtbron op het oogoppervlak te plaatsen. dus als het oog beweegt, de lichtbron beweegt mee, en er is geen flikkering voor de drager om op te merken.

"Er is een neurale aanpassing die plaatsvindt wanneer je een constante bron van verlichting op het oog hebt. De hersenen trekken dat signaal van het zicht af en de drager zal binnen een paar seconden weer donker waarnemen, " hij zegt.

Het ontwerp van de contactlenzen zorgt er ook voor dat het netvlies de hele nacht een passende dosis licht krijgt.

"Terwijl we slapen, onze ogen rollen terug. Voor een slaapmasker betekent dit dat het oog niet meer zoveel licht ontvangt, maar de contactlenzen bewegen met het oog, dus er is geen probleem, " hij zegt.

Vroege testen van de lenzen, uitgevoerd in samenwerking met het laboratorium van Mark Humayun aan de Universiteit van Zuid-Californië, laten veelbelovende resultaten zien, met staafcelactiviteit verminderd met maar liefst 90 procent wanneer gedragen in het donker. Cook says in the next few months, he and his fellow researchers will start testing the lenses to see if their ability to reduce retinal metabolism will translate into the prevention of diabetic retinopathy. Following those tests, they will seek FDA permits to begin clinical trials.

"This is an innovative solution with a potentially huge impact on diabetic retinopathy, " says Tai, who also holds the Andrew and Peggy Cherng Medical Engineering Leadership Chair and is executive officer for medical engineering.

The team recently took their invention to TigerLaunch, an entrepreneurship competition hosted by Princeton University. Their work was recognized as the top medical technology, and the team came in third place overall.

"Having our work recognized by a panel of venture capitalists is really exciting, " Cook says, "but it was the audience members who came up afterwards and shared stories about loved ones being impacted by the disease who really reinvigorated my efforts."