用于安全破坏玻璃体混浊的纳米气泡消融

颗粒在线讯：玻璃体是一种高度水合（>98%水）的透明凝胶，由长而稀疏的胶原蛋白（II、V、IX和XI型）纤维网络组成。在近视、糖尿病和老龄患者中，玻璃体纤维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”，降低了对比敏感度功能，使生活质量显着受损，这就是常说的“飞蚊症”。目前，有两种治疗方法可用于治疗这种“漂浮物”。玻璃体切除术相对安全，但具有侵入性，具有风险；光消融使用高能激光脉冲和钕钇石榴石（YAG）激光，破坏玻璃体的混浊。但由于激光能量水平高，也存在风险。

比利时根特大学的Stefaan C. De Smedt教授、kevin braeckmans教授与美国密歇根大学安娜堡分校的Yannis M. Paulus博士团队介绍了用于安全破坏玻璃体混浊的“纳米气泡消融”。玻璃体内注射后，透明质酸包覆的金纳米颗粒和吲哚菁绿（广泛用作玻璃体视网膜手术中的染料）会自发地积聚在兔子眼睛的胶原玻璃体混浊上，应用纳秒激光脉冲会产生蒸汽纳米气泡，以机械方式破坏兔子眼睛和患者标本中的混浊。该研究以题为“Laser-induced nanobubbles safely ablate vitreous opacities in vivo”发表在《Nature Nanotechnology》上。

【VNB消除胶原混浊的思路】

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，并在数十到数百纳秒内膨胀和塌陷。而涂有透明质酸的AuNPs（HA-AuNPs）可以聚集在接受玻璃体切除术患者的玻璃体混浊上。同样，作为造影药物的吲哚青绿（ICG）可积聚在胶原性玻璃体混浊上，并在激光照射下产生VNB，导致类似于AuNP的机械性破坏。因此推断HA-AuNPs和ICG有在体内使用激光通量更低的情况下安全地破坏玻璃体混浊的能力。

图1：玻璃体液化和纳米气泡介导的玻璃体混浊消融概念

【HA-AuNPs产生的VNBs在体内消除胶原混浊】

对混浊进行脉冲激光照射会导致VNB以机械方式破坏它们。为了研究这种方法是否允许在体内破坏玻璃体混浊，将外源性胶原混浊注射到兔子视网膜附近的玻璃体中。注射混浊物5天后，给兔子玻璃体内注射HA-AuNPs。再过3天，用激光照射治疗眼睛。混浊在三个脉冲后变得不那么明显，并且在七个脉冲后不再可见。对于所有兔子，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的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。

图2：激光消融金纳米颗粒的玻璃体混浊

【ICG产生的VNB可消除玻璃体混浊】

当聚合物NP装载ICG并用脉冲激光照射时，可以形成VNB。外源性胶原混浊的颜色在与ICG混合时发生变化，表明ICG在混浊上积累。以4.5 J cm-2的激光能量照射与ICG混合的外源性胶原混浊，并通过暗场显微镜观察，证明形成了VNB。测量了生成的VNB的数量对激光脉冲能量密度的函数。结果表明，VNB以及与之相关的机械力大大降低了破坏胶原蛋白混浊所需的激光脉冲数量。

图3：ICG 用于消除玻璃体混浊的体外表征

将标记的混浊物注射到兔子的眼睛中。在5天后注射ICG（1.25 mg ml-1）。PAM成像显示ICG与混浊共定位，证实玻璃体内注射的ICG可以到达并结合玻璃体中的外源性胶原混浊。随后，用激光脉冲照射外源性胶原混浊。在不使用ICG的情况下应用激光脉冲不会破坏浑浊。然而，在玻璃体内注射ICG后，五次激光脉冲（1.9 J cm-2）足以完全消融注射的胶原混浊，证明ICG有能力在体内使用类似于HA-AuNP的激光设置破坏外源性胶原混浊，并且浓度低于临床上用于内界膜染色分离的浓度。

图4：ICG 用于消除玻璃体混浊的体内表征

【纳米气泡消融术可安全用于兔眼】

检查ICG或HA-AuNPs处理前后用激光治疗的眼睛。视网膜电图波形没有显示未处理和处理过的兔子之间的显着差异。在所有治疗条件下，内隐时间与对照组无显著差异。同样，治疗组之间暗视杆锥联合反应和明视b波的平均振幅和内隐时间略有波动，与对照组相比无显著差异。四组之间视网膜的结构和厚度没有差异，并且没有观察到细胞形态的变化。末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记染色也未发现细胞凋亡的证据。

图5：纳米气泡介导的玻璃体混浊消融的视网膜安全性

【小结】

这项研究表明，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，在玻璃体内注射时会自发地积聚在玻璃体混浊上，可以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1,000倍）产生局部蒸汽纳米气泡VNB，机械破坏胶原聚集体。HA-AuNPs和ICG破坏外源性胶原结构和人类玻璃体混浊的能力似乎非常相似，而在处理过的兔子中没有观察到视网膜毒性。这种所需光能的巨大减少将使混浊的治疗更加安全，甚至可以治疗靠近视网膜的混浊。