In januari 2009 het leven van ingenieur Michel Meunier, een professor aan Polytechnique Montréal, drastisch veranderd. Net als anderen, hij had waargenomen dat de extreem korte puls van een femtoseconde laser gaten van nanometergrootte in silicium kon doen verschijnen als het bedekt was met gouden nanodeeltjes. Maar deze onderzoeker internationaal erkend voor zijn vaardigheden in laser- en nanotechnologie, besloten om een ​​stap verder te gaan met wat toen slechts een laboratorium curiositeit was. Hij vroeg zich af of het mogelijk was om van silicium naar levende materie te gaan, van anorganisch naar organisch. Kunnen de gouden nanodeeltjes en de femtoseconde laser, deze "lichte scalpel, " hetzelfde fenomeen reproduceren met levende cellen?

Professor Meunier ging in zijn laboratorium Polytechnique aan de slag met cellen in vitro. De uitdaging was om een ​​nanometrische incisie te maken in het extracellulaire membraan van de cel zonder het te beschadigen. Met behulp van gouden nanodeeltjes die fungeerden als "nanolenses, " Professor Meunier realiseerde zich dat het mogelijk was om de lichtenergie afkomstig van de laser te concentreren op een golflengte van 800 nanometer. Aangezien er zeer weinig energieabsorptie door de cellen is bij deze golflengte, hun integriteit blijft behouden. Missie volbracht!

Op basis van deze bevinding, Professor Meunier besloot in vivo aan cellen te werken, cellen die deel uitmaken van een complexe levende celstructuur, zoals het oog bijvoorbeeld.

Het oog en het lichte scalpel

in april 2012, Professor Meunier ontmoette Przemyslaw Sapieha, een internationaal gerenommeerde oogspecialist, vooral erkend voor zijn werk aan het netvlies. "Mike", als hij voorbijgaat, is professor aan de afdeling Oogheelkunde van de Université de Montréal en onderzoeker aan het Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) de l'Est-de-l'Île-de-Montréal. Hij zag meteen het potentieel van deze nieuwe technologie en alles wat er in het oog zou kunnen worden gedaan als je het rimpeleffect zou kunnen blokkeren dat optreedt na een trigger die leidt tot glaucoom of maculaire degeneratie, bijvoorbeeld, door drugs te injecteren, eiwitten of zelfs genen.

Het gebruik van een femtoseconde laser om het oog te behandelen - een zeer gespecialiseerd en kwetsbaar orgaan - is zeer complex, echter. Het oog maakt deel uit van het centrale zenuwstelsel, en daarom zijn veel van de cellen of families van cellen waaruit het bestaat neuronen. En als een neuron sterft, het regenereert niet zoals andere cellen doen. De eerste taak van Mike Sapieha was daarom ervoor te zorgen dat een femtoseconde laser op een of meerdere neuronen kon worden gebruikt zonder deze te beïnvloeden. Dit wordt ook wel 'proof of concept' genoemd.

Bewijs van concept

Mike en Michel deden een beroep op biochemie-onderzoeker Ariel Wilson, een expert in oogstructuren en zichtmechanismen, evenals professor Santiago Costantino en zijn team van de afdeling Oogheelkunde aan de Université de Montréal en het CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal voor hun expertise in biofotonica. Het team besloot eerst te werken aan gezonde cellen, omdat ze beter worden begrepen dan zieke cellen. Ze injecteerden gouden nanodeeltjes in combinatie met antilichamen om specifieke neuronale cellen in het oog te targeten, en wachtte tot de nanodeeltjes zich rond de verschillende neuronen of families van neuronen vestigden, zoals het netvlies. Na de heldere flits gegenereerd door de femtoseconde laser, het verwachte fenomeen deed zich voor:er verschenen kleine gaatjes in de cellen van het netvlies van het oog, waardoor het mogelijk wordt om medicijnen of genen effectief te injecteren in specifieke delen van het oog. Het was weer een overwinning voor Michel Meunier en zijn medewerkers, met deze overtuigende resultaten die nu de weg openen naar nieuwe behandelingen.

Het belangrijkste kenmerk van de technologie die is ontwikkeld door de onderzoekers van Polytechnique en CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal is de extreme precisie. Met het gebruik van gefunctionaliseerde gouden nanodeeltjes, het lichte scalpel maakt het mogelijk om precies de familie van cellen te lokaliseren waar de arts zal moeten ingrijpen.

Na met succes proof of concept te hebben aangetoond, Professor Meunier en zijn team hebben een octrooiaanvraag ingediend in de Verenigde Staten. Dit geweldige werk was ook het onderwerp van een paper dat werd beoordeeld door een indrukwekkende leescommissie en gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Nano-letters in oktober 2018.

Hoewel er nog veel onderzoek moet worden gedaan - minstens 10 jaar waard, eerst op dieren en vervolgens op mensen - deze technologie zou het verschil kunnen maken in een vergrijzende bevolking die lijdt aan achteruitgang van de ogen waarvoor nog steeds geen effectieve langetermijnbehandelingen bestaan. Het heeft ook het voordeel dat het het gebruik van virussen die gewoonlijk bij gentherapie worden gebruikt, wordt vermeden. Deze onderzoekers kijken naar toepassingen van deze technologie bij alle oogziekten, maar meer in het bijzonder bij glaucoom, retinitis en maculaire degeneratie.

Dit lichte scalpel is ongekend.