Как показывают результаты нового эксперимента на мышах, специальные глазные капли, содержащие фотосинтетический аппарат из листьев шпината, помогают бороться с синдромом сухого глаза.
Учёные разработали новые глазные капли, которые позволяют глазам мышей осуществлять определённые этапы фотосинтеза.
Согласно исследованию, опубликованному 15 мая в журнале Cell, капли, содержащие фотосинтетический аппарат, извлечённый из листьев шпината, используют реакции, запускаемые светом, для облегчения симптомов синдрома сухого глаза. Хотя исследователи тестировали капли на мышах, есть надежда, что после дальнейших испытаний эта терапия когда-нибудь сможет применяться у людей.
Это исследование представляет собой «классное применение» инженерных знаний, вдохновлённое симбиотическими отношениями в природе, отметил Кори Аллард, клеточный биолог из Гарвардской медицинской школы, не участвовавший в работе.
Растения используют фотосинтез для получения энергии в виде глюкозы из солнечного света. Органеллы, называемые хлоропластами, осуществляют фотосинтез и придают растениям зелёный цвет. Хотя ни одно животное не способно самостоятельно осуществлять фотосинтез [тут автор статьи излишне категоричен – кое-какие всё-таки умеют / прим. перев.], некоторые из них установили симбиотические отношения с фотосинтезирующими водорослями, что позволяет им использовать энергию солнца. Некоторые виды морских улиток, в том числе листовая овечка (Costasiella kuroshimae) и мангровая листовая улитка (Elysia bangtawaensis), даже похищают хлоропласты из водорослей, которыми они питаются.
В новом исследовании Дэвид Тай Леонг, инженер-химик из Национального университета Сингапура, и его коллеги проверили, способны ли глаза млекопитающих выдерживать подобное воздействие, в надежде найти способ лечения синдрома сухого глаза, который поражает слёзную плёнку, покрывающую глаз, и вызывает образование окислителей и воспаление, способные ухудшить зрение.
Для создания глазных капель команда сначала извлекла из хлоропластов шпината слоистые структуры, называемые тилакоидными гранами. Тилакоидные граны — это содержащие хлорофилл структуры внутри хлоропластов, в которых происходят первые, светозависимые этапы фотосинтеза. Затем команда инкапсулировала эти стопки тилакоидов в крошечные пакеты, создав систему, которую они назвали «обогащённой светореакцией тилакоидной NADPH-фабрикой» (LEAF) [leaf (англ.) – лист / прим. перев.].
При добавлении в глазные капли LEAF уменьшала воспаление глаз у мышей, у которых был искусственно вызван синдром сухого глаза. В процессе синтеза глюкозы хлоропласты производят в тилакоидных гранах химическое соединение под названием NADPH. NADPH действует как антиоксидант и помог устранить соединения, усугублявшие воспаление глаз у мышей.
Через пять дней состояние мышей, которым вкапывали глазные капли с LEAF, стало сопоставимым с состоянием мышей, получавших существующий, доступный в продаже препарат для лечения синдрома сухого глаза. У них наблюдалось более интенсивное слёзоотделение и меньшее повреждение роговицы по сравнению с мышами, которым капали только физиологический раствор.
«Глаз как нельзя лучше подходит для реализации такой стратегии, поскольку свет и так является неотъемлемой составляющей его нормальной физиологической функции», — написал в электронном письме доктор Сяньфэн Линь, хирург-ортопед из Медицинского факультета Чжэцзянского университета в Китае. Хотя Лин не участвовал в новой работе, он и его коллеги в 2022 году опубликовали в журнале Nature исследование, в котором использовалась аналогичная фотосинтетическая система для борьбы с воспалением, вызванным артритом, в коленях мышей.
«Эта работа расширяет роль света в глазу, превращая его из чисто сенсорного органа в потенциальный фактор, способствующий локальной поддержке метаболизма и восстановлению тканей», — сказал Лин.
Несмотря на то что глазные капли содержат хлорофилл, его концентрация очень низкая, и капли выглядят прозрачными.
«Мы можем использовать высокооптимизированный фотосинтетический механизм, поэтому нам не требуется огромное количество системы LEAF», — пояснил Леонг. «Поскольку концентрация настолько низкая, зелёного цвета не видно. Так что у нас не появятся зелёные глаза, как у Невероятного Халка».
Глазные капли ещё не готовы к применению на людях; им ещё предстоит пройти тщательные испытания на безопасность и долгосрочную эффективность. Однако, как сообщил Леонг, команда работает над организацией клинического испытания, в ходе которого в первую очередь будет оцениваться безопасность препарата.
В случае одобрения для применения у людей этот препарат будет использовать естественные механизмы работы наших глаз, поскольку для его активации требуется лишь естественное освещение. «Пациент будет получать терапию, которая гармонично вписывается в наш обычный распорядок дня», — отметил Леонг.