Des centaines de millions de personnes souffrent de diabète dans le monde, les exposant au risque d'une cécité rampante, ou rétinopathie diabétique, qui accompagne la maladie dans ses stades les plus avancés. Traitements existants, bien qu'efficace, sont douloureuses et envahissantes, impliquant des lasers et des injections dans le globe oculaire. Colin Cook, étudiant diplômé de Caltech (MS '16), pense qu'il existe un meilleur moyen.

Cuisiner, avec un groupe de chercheurs du laboratoire de Yu-Chong Tai, Anna L. Rosen de Caltech, professeur de génie électrique et de génie médical, a développé un traitement potentiel qui pourrait être beaucoup moins effrayant et invasif, sous la forme d'une lentille de contact phosphorescente.

La perte de vision qui accompagne le diabète est le résultat des dommages que la maladie cause aux minuscules vaisseaux sanguins dans tout le corps, y compris ceux dans les yeux. Ces dommages entraînent une réduction du flux sanguin vers les cellules nerveuses de la rétine et leur mort éventuelle. Au fur et à mesure que la maladie progresse, le corps tente de contrecarrer les effets des vaisseaux sanguins endommagés en faisant croître de nouveaux vaisseaux dans la rétine. Chez les patients diabétiques, cependant, ces vaisseaux ont tendance à être mal développés et à saigner dans le liquide clair à l'intérieur de l'œil, obscurcissant la vision et aggravant les problèmes de vue. Comme les vaisseaux sanguins saignent, ils causent des dommages supplémentaires à la rétine que le corps répare avec du tissu cicatriciel plutôt que de nouvelles cellules photosensibles. Heures supplémentaires, la vision d'un patient diabétique devient floue et inégale avant de disparaître complètement.

Parce que les dommages à la rétine commencent par un apport insuffisant d'oxygène, il devrait être possible d'éviter une perte de vue supplémentaire en réduisant les besoins en oxygène de la rétine. Jusqu'à maintenant, cela a été réalisé en utilisant un laser pour brûler les cellules dans les parties périphériques de la rétine, ainsi, l'oxygène dont ces cellules auraient eu besoin peut être utilisé par les cellules de vision les plus importantes au centre de la rétine. Un autre traitement nécessite l'injection d'un médicament qui réduit la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins directement dans le globe oculaire.

Cook espère que ses lentilles de contact offriront une solution que les patients seront plus disposés à essayer car l'effort impliqué est minime, tout comme les effets secondaires.

Comme le traitement au laser, les lentilles réduisent les demandes métaboliques de la rétine, mais d'une manière différente. La clé de leur succès réside dans les cellules en bâtonnets de l'œil, qui offrent une vision dans des conditions de faible luminosité. Les cellules en bâtonnets ont besoin et utilisent beaucoup plus d'oxygène dans l'obscurité que lorsqu'elles sont inondées de lumière, tandis que, dire, en regardant cet écran d'ordinateur - et il a été émis l'hypothèse depuis deux décennies qu'une grande partie des dommages causés à la rétine par la rétinopathie diabétique se produisent lorsque les cellules en bâtonnets augmentent leurs besoins en oxygène la nuit.

"Vos cellules en bâtonnets, comme il s'avère, consomment environ deux fois plus d'oxygène dans l'obscurité qu'à la lumière, " dit Cook.

Pour cette raison, les lentilles de contact sont conçues pour réduire la demande nocturne en oxygène de la rétine en donnant aux bâtonnets la quantité de lumière la plus faible à regarder pendant que le porteur dort.

"Si nous ralentissons le métabolisme de la rétine, nous devrions être en mesure de prévenir certains des dommages qui se produisent, " il dit.

Pour éclairer la rétine toute la nuit, les verres empruntent la technologie des montres-bracelets qui ont des marqueurs lumineux sur leurs visages. L'éclairage est assuré par de minuscules fioles remplies de tritium, une forme radioactive d'hydrogène gazeux qui émet des électrons lors de sa désintégration. Ces électrons sont convertis en lumière par un revêtement phosphorescent. Ce système assure un flux lumineux constant pendant toute la durée de vie de la lentille de contact.

Les flacons, qui n'ont que la largeur de quelques cheveux humains, sont implantés dans la lentille dans un motif radial comme les rayons d'un soleil de dessin animé. Les flacons créent un cercle juste assez grand pour sortir de la vue du porteur lorsque les pupilles sont rétrécies dans des conditions d'éclairage. Dans le noir, la pupille se dilate, et la faible lueur des flacons peut illuminer la rétine.

La luminothérapie pour la rétinopathie diabétique a déjà été tentée sous la forme de masques de sommeil éclairés, mais les résultats étaient médiocres, en partie parce que les patients avaient du mal à tolérer les masques et à ignorer la lumière qui brillait dans leurs yeux pendant leur sommeil.

La source lumineuse du masque de sommeil n'est pas fixée sur l'œil, alors que l'œil bouge, le porteur voit un scintillement et c'est très gênant lorsque vous essayez de vous endormir, il dit.

Cook dit que ses lentilles évitent ce problème en plaçant la source lumineuse à la surface de l'œil, alors quand l'oeil bouge, la source lumineuse se déplace avec elle, et il n'y a pas de scintillement que le porteur remarque.

« Il y a une adaptation neuronale qui se produit lorsque vous avez une source d'éclairage constante sur l'œil. Le cerveau soustrait ce signal de la vision et le porteur percevra à nouveau l'obscurité en quelques secondes, " il dit.

La conception des lentilles de contact garantit également que la rétine reçoit une dose de lumière appropriée tout au long de la nuit.

« Pendant que nous dormons, nos yeux se révulsent. Pour un masque de sommeil, cela signifie que l'œil ne reçoit plus autant de lumière, mais les lentilles de contact bougent avec l'œil, donc il n'y a pas ce problème, " il dit.

Les premiers tests des lentilles menés en collaboration avec le laboratoire de Mark Humayun à l'Université de Californie du Sud montrent des résultats prometteurs, with rod cell activity reduced by as much as 90 percent when worn in the dark. Cook says in the next few months, 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."