Контактные линзы доставили лекарство в переднюю камеру глаза с помощью ионофореза

Ученые из Китая разработали контактные линзы, которые реагируют на повышение глазного давления и доставляют лекарственные препараты в переднюю камеру глаза с помощью ионофореза. В экспериментах на кроликах in vivo, которые описаны в журнале в журнале Nature Communications, устройство показало эффективное снижение внутриглазного давления. Ученые считают, что их разработка позволит эффективнее бороться с потерей зрения у людей с глаукомой.

Даже кратковременные повышения внутриглазного давления (ВГД) при глаукоме — хроническом заболевании глаз, при котором ВГД превышает нормативные показатели, — могут способствовать развитию осложнений. Среди таких осложнений чаще всего выделяют уменьшение полей зрения, снижение остроты зрения с последующей атрофией зрительного нерва, то есть полной потерей зрения. Наиболее ярким проявлением такого повышения служит острый приступ глаукомы, при котором ВГД резко повышается до высоких значений, из-за чего человек жалуется на головную боль, тошноту, рвоту и сильное недомогание.

Используемые сегодня препараты для снижения ВГД в виде капель могут быть недостаточно эффективны, поскольку из-за барьерных свойств роговицы они не проникают в переднюю камеру глаза — туда, где их действие будет наиболее клинически эффективным (они могут или улучшать отток водянистой влаги, или снижать ее продукцию). Существующие методы введения препаратов в переднюю камеру сложны, неудобны для пациентов и показывают неоднозначную эффективность. При остром приступе глаукомы даже капельное введение препарата может стать невозможным из-за нестерпимой боли.

В связи с этим актуальными становятся идеи о контактных линзах, которые могли бы реагировать на повышения ВГД и регистрировать их. Такие линзы существуют, однако информация от них несет лишь диагностическую ценность, не оказывая лечебного действия. Контактные линзы с механизмом пассивной диффузии препарата, где введение лекарства происходит постоянно с одинаковой скоростью, не показали высокой эффективности из-за барьерных свойств роговицы и слезоотделения.

Си Се (Xi Xie) с коллегами из Университета Чжуншань разработали контактную линзу с принципиально новым методом детекции повышенного ВГД и способ введения препарата в переднюю камеру глаза. Датчик повышения ВГД, встроенный в верхнюю линзу, состоит из консольной конструкции с шестью емкостными чувствительными пластинами. Они крепятся к опорной пластине с пятью катушками индуктивности. Чувствительные пластины контактируют с передней поверхностью нижней линзы, при этом диэлектрическая воздушная пленка между опорной и чувствительной пластинами образуют переменный конденсатор. Он вместе с катушкой индуктивности образует схему для беспроводного контроля ВГД.

Высокое ВГД деформирует кривизну роговицы и приводит к уменьшению слоя воздушного диэлектрика, увеличению емкости и уменьшению резонансной частоты цепи, которая регистрируется считывающей катушкой встроенной антенны. Благодаря сверхнизкому модулю упругости и нулевой вязкости переменные конденсаторы, образованные консольной конфигурацией, могут сверхчувствительно реагировать на изменения ВГД.

В нижней линзе ученые расположили компоновочную схему доставки лекарства. На передней стороне линзы находятся катушки, соединенные с конденсатором для беспроводного сбора энергии. На задней поверхности нижней линзы ученые расположили ионофоретические электроды, покрытые гидрогелем с лекарством (бримонидин), которые находятся в непосредственном контакте с роговицей.

Положительно заряженный бримонидин, попадая в переднюю камеру глаза, увеличивает увеосклеральный отток и снижает выработку водянистой влаги. Ионофорез стимулирует миграцию через роговицу заряженных частиц с помощью электрического поля. Лекарственный контур на нижней линзе, получая сигнал от датчика ВГД, генерирует переменное напряжение на электроде, которое переносило бримонидин в переднюю камеру через барьеры роговицы. Конструкция из двухслойных линз обладала широким окном обзора, не снижая поля зрения.

В эксперименте ex vivo на свином глазном яблоке, в котором ВГД повышали с помощью инъекции физиологического раствора в переднюю камеру глаза, линза определяла значение ВГД со средней ошибкой 16,49 ± 7,58 процента по сравнению с контрольным измерением. Во всех сессиях измерения ВГД отклонение от контроля не превышало 30 процентов.

После этого ученые провели эксперименты на кроликах. ВГД кроликов контролировали либо с помощью линзы, либо с помощью стандартной тонометрии (контроль). Для снижения ВГД бримонидин вводили с помощью ионофореза и с помощью пипетки (контроль). Базово ВГД кроликов незначительно колебалось в диапазоне 10-15 миллиметров ртутного столба. После введения бримонидина с помощью ионофореза ВГД через 30 минут снизилось на 39,2 ± 10,3 процента.

На протяжении двух часов ВГД оставалось на уровне ниже 20 процентов от первоначального. Напротив, введение бримонидина через пипетку через 30 минут снизило ВГД лишь на 12,4 ± 14,3 процента (p = 0,0027). Аналогичные эксперименты, где ВГД измерялось контрольным прибором показали соответствующие снижения давления. При этом погрешность измерения ВГД линзой по сравнению с измерением прибором Tonopen составила менее 42 процентов.

Ученые рассчитывают, что скоро им удастся провести клинические испытания линзы на людях. Потенциально эффективность применения такой линзы поможет сохранить зрение миллионам людей, страдающих от глаукомы.

Впрочем, потерять зрение можно не только из-за повышенного внутриглазного давления: часто причиной слепоты становится патология сетчатки. Но и с этим ученые стараются активно бороться. Недавно мы рассказывали, что имплантация пигментного слоя сетчатки в качестве терапии возрастной макулярной дистрофии сохранила зрение у четырех пациентов.

Слава Гоменюк