I januari 2009 ingenjör Michel Meuniers liv, professor vid Polytechnique Montréal, förändrats dramatiskt. Liksom andra, han hade observerat att den extremt korta pulsen från en femtosekundslaser kunde få nanometerstora hål att uppstå i kisel när det täcktes av guldnanopartiklar. Men den här forskaren, internationellt erkänd för sina kunskaper inom laser- och nanoteknik, bestämde sig för att gå ett steg längre med vad som då bara var en laboratoriekuriosa. Han undrade om det var möjligt att gå från kisel till levande materia, från oorganiskt till organiskt. Kan guldnanopartiklarna och femtosekundlasern, denna "lätta skalpell, "reproducera samma fenomen med levande celler?

Professor Meunier började arbeta med celler in vitro i sitt Polytechnique-laboratorium. Utmaningen var att göra ett nanometriskt snitt i cellernas extracellulära membran utan att skada det. Genom att använda guldnanopartiklar som fungerade som "nanolenser, " Professor Meunier insåg att det var möjligt att koncentrera ljusenergin som kommer från lasern till en våglängd av 800 nanometer. Eftersom det är mycket lite energiabsorption av cellerna vid denna våglängd, deras integritet bevaras. Uppdrag slutfört!

Baserat på detta fynd, Professor Meunier bestämde sig för att arbeta med celler in vivo, celler som är en del av en komplex levande cellstruktur, som ögat till exempel.

Ögat och ljusskalpellen

I april 2012 Professor Meunier träffade Przemyslaw Sapieha, en internationellt känd ögonspecialist, särskilt känd för sitt arbete på näthinnan. "Mikrofon", när han går förbi, är professor vid avdelningen för oftalmologi vid Université de Montréal och forskare vid Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) de l'Est-de-l'Île-de-Montréal. Han såg omedelbart potentialen med denna nya teknik och allt som kunde göras i ögat om du kunde blockera krusningseffekten som uppstår efter en trigger som leder till glaukom eller makuladegeneration, till exempel, genom att injicera droger, proteiner eller till och med gener.

Att använda en femtosekundlaser för att behandla ögat – ett mycket specialiserat och ömtåligt organ – är mycket komplext, dock. Ögat är en del av det centrala nervsystemet, och därför är många av cellerna eller cellfamiljerna som utgör den neuroner. Och när en neuron dör, det regenereras inte som andra celler gör. Mike Sapiehas första uppgift var därför att se till att en femtosekundlaser kunde användas på en eller flera neuroner utan att påverka dem. Detta är vad som kallas "proof of concept".

Bevis på koncept

Mike och Michel ringde biokemiforskaren Ariel Wilson, en expert på ögonstrukturer och synmekanismer, samt professor Santiago Costantino och hans team från Oftalmologiavdelningen vid Université de Montréal och CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal för deras expertis inom biofotonik. Teamet bestämde sig först för att arbeta med friska celler, eftersom de förstås bättre än sjuka celler. De injicerade guldnanopartiklar i kombination med antikroppar för att rikta in sig på specifika neuronala celler i ögat, och väntade sedan på att nanopartiklarna skulle lägga sig runt de olika neuronerna eller familjerna av neuroner, såsom näthinnan. Efter den ljusa blixten som genereras av femtosekundlasern, det förväntade fenomenet inträffade:små hål uppstod i cellerna i ögats näthinna, gör det möjligt att effektivt injicera läkemedel eller gener i specifika områden av ögat. Det var ännu en seger för Michel Meunier och hans medarbetare, med dessa avgörande resultat öppnar nu vägen för nya behandlingar.

Nyckelegenskapen för den teknologi som utvecklats av forskarna från Polytechnique och CIUSSS de l'Est-de-l'Île-de-Montréal är dess extrema precision. Med användning av funktionaliserade guldnanopartiklar, den lätta skalpellen gör det möjligt att exakt lokalisera cellfamiljen där läkaren måste ingripa.

Efter att framgångsrikt ha visat proof of concept, Professor Meunier och hans team lämnade in en patentansökan i USA. Detta enorma arbete var också föremål för en artikel som granskades av en imponerande läskommitté och publicerades i den berömda tidskriften Nanobokstäver i oktober 2018.

Även om det fortfarande finns mycket forskning kvar att göra - minst 10 år värt, först på djur och sedan på människor – den här tekniken kan göra stor skillnad i en åldrande befolkning som lider av ögonförsämring som det fortfarande inte finns några effektiva långtidsbehandlingar för. Det har också fördelen att undvika användningen av virus som vanligtvis används i genterapi. Dessa forskare tittar på tillämpningar av denna teknik i alla ögonsjukdomar, men speciellt vid glaukom, retinit och makuladegeneration.

Denna lätta skalpell är oöverträffad.