Centinaia di milioni di persone soffrono di diabete in tutto il mondo, mettendoli a rischio di una cecità strisciante, o retinopatia diabetica, che accompagna la malattia nelle sue fasi più avanzate. Trattamenti esistenti, sebbene efficace, sono dolorose e invasive, coinvolgendo laser e iniezioni nel bulbo oculare. Lo studente laureato Caltech Colin Cook (MS '16) pensa che ci sia un modo migliore.

Cucinare, insieme a un gruppo di ricercatori del laboratorio di Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen del Caltech Professore di ingegneria elettrica e ingegneria medica, ha sviluppato un potenziale trattamento che potrebbe essere molto meno spaventoso e invasivo, sotto forma di lenti a contatto fluorescenti.

La perdita della vista che accompagna il diabete è il risultato del danno che la malattia provoca ai piccoli vasi sanguigni in tutto il corpo, compresi quelli negli occhi. Tale danno provoca una riduzione del flusso sanguigno alle cellule nervose nella retina e la loro eventuale morte. Con il progredire della malattia, il corpo tenta di contrastare gli effetti dei vasi sanguigni danneggiati creandone di nuovi all'interno della retina. Nei pazienti diabetici, però, questi vasi tendono ad essere poco sviluppati e sanguinano nel liquido chiaro all'interno dell'occhio, oscuramento della vista e aggravamento dei problemi alla vista. Mentre i vasi sanguigni sanguinano, causano ulteriori danni alla retina che il corpo ripara con tessuto cicatriziale piuttosto che con nuove cellule sensibili alla luce. Col tempo, la vista di un paziente diabetico diventa sfocata e irregolare prima di svanire completamente.

Poiché il danno alla retina inizia con un apporto insufficiente di ossigeno, dovrebbe essere possibile evitare ulteriori perdite della vista riducendo le richieste di ossigeno della retina. Fino ad ora, ciò è stato ottenuto utilizzando un laser per bruciare le cellule nelle parti periferiche della retina, quindi l'ossigeno che quelle cellule avrebbero richiesto può essere utilizzato dalle cellule visive più importanti al centro della retina. Un altro trattamento richiede l'iniezione di farmaci che riducono la crescita di nuovi vasi sanguigni direttamente nel bulbo oculare.

Cook spera che le sue lenti a contatto offrano una soluzione che i pazienti saranno più disposti a provare perché lo sforzo richiesto è minimo, così come gli effetti collaterali.

Come il trattamento laser, le lenti riducono le richieste metaboliche della retina, ma in modo diverso. La chiave del loro successo sono i bastoncelli dell'occhio, che forniscono la visione in condizioni di scarsa illuminazione. I bastoncelli hanno bisogno e usano molto più ossigeno al buio di quanto non facciano quando sono inondati di luce, mentre, dire, guardando lo schermo di questo computer, ed è stato ipotizzato per due decenni che gran parte del danno causato alla retina dalla retinopatia diabetica si verifica quando i bastoncelli aumentano le loro richieste di ossigeno durante la notte.

"I tuoi bastoncelli, come risulta, consumano circa il doppio di ossigeno al buio rispetto a quanto consumano alla luce, "dice Cuoco.

Per tale motivo, le lenti a contatto sono progettate per ridurre la richiesta notturna di ossigeno della retina fornendo ai bastoncelli la minima quantità di luce da guardare mentre chi le indossa dorme.

"Se abbassiamo il metabolismo nella retina, dovremmo essere in grado di prevenire alcuni dei danni che si verificano, " lui dice.

Per fornire luce alla retina durante la notte, le lenti prendono in prestito la tecnologia dagli orologi da polso che hanno marcatori luminosi sui loro volti. L'illuminazione è fornita da minuscole fiale piene di trizio, una forma radioattiva di idrogeno gassoso che emette elettroni mentre decade. Questi elettroni vengono convertiti in luce da un rivestimento fosforescente. Questo sistema garantisce un'emissione luminosa costante per tutta la durata della lente a contatto.

Le fiale, che sono solo la larghezza di pochi capelli umani, sono impiantati nell'obiettivo in uno schema radiale come i raggi di un sole dei cartoni animati. Le fiale creano un cerchio abbastanza grande da cadere fuori dalla vista di chi lo indossa quando le pupille sono ristrette in condizioni di illuminazione. Nell'oscurità, la pupilla si allarga, e il debole bagliore delle fiale può illuminare la retina.

La terapia della luce per la retinopatia diabetica è stata tentata in precedenza sotto forma di maschere per dormire illuminate, ma i risultati sono stati scarsi, in parte perché i pazienti avevano difficoltà a tollerare le maschere ea ignorare la luce che brillava nei loro occhi mentre dormivano.

La fonte di luce della maschera per dormire non è fissata all'occhio, così come l'occhio si muove, chi lo indossa vede uno sfarfallio e questo distrae molto mentre stai cercando di addormentarti, lui dice.

Cook dice che le sue lenti evitano questo problema posizionando la fonte di luce sulla superficie dell'occhio, così quando l'occhio si muove, la sorgente luminosa si muove con essa, e non c'è sfarfallio da notare per chi lo indossa.

"C'è un adattamento neurale che si verifica quando hai una fonte costante di illuminazione sull'occhio. Il cervello sottrae quel segnale dalla visione e chi lo indossa percepirà di nuovo l'oscurità in pochi secondi, " lui dice.

Il design delle lenti a contatto assicura inoltre che la retina riceva una dose adeguata di luce per tutta la notte.

"Mentre dormiamo, i nostri occhi tornano indietro. Per una maschera per dormire questo significa che l'occhio non riceve più tanta luce, ma le lenti a contatto si muovono con l'occhio, quindi non c'è questo problema, " lui dice.

I primi test delle lenti condotti in collaborazione con il laboratorio di Mark Humayun presso la University of Southern California stanno mostrando risultati promettenti, con attività dei bastoncelli ridotta fino al 90% se indossata al buio. Cook dice che nei prossimi mesi, 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."