Що, якби ваші очі могли використовувати світло для самовідновлення? Натхненні тим, як рослини використовують сонячне світло, дослідники Національного університету Сінгапуру (NUS) розробляють революційний метод лікування синдрому сухого ока. Їхній підхід використовує світлоактивовану технологію, отриману з фотосинтетичних мембран шпинату, що дозволяє оку постійно залишатися зволоженим. Це просте, ефективне та неінвазивне рішення.
Синдром сухого ока, також відомий як кератокон'юнктивіт сікка, є одним з найпоширеніших захворювань очей, що вражає понад 1,5 мільярда людей у всьому світі. Це захворювання є набагато більшим, ніж просто незначний дискомфорт: воно викликає рубцювання рогівки, хронічний біль, затуманений зір і світлочутливість. Різні дослідження пов'язують його з депресією, тривожністю та зниженням продуктивності праці, а також з економічним тягарем, що оцінюється у 3,84 мільярда доларів США щороку лише у Сполучених Штатах. Сучасні методи лікування, такі як циклоспорин А (Restasis®) та ліфітеграст (Xiidra®), впливають на запалення за допомогою специфічних молекулярних механізмів, але їх висока вартість та побічні ефекти обмежують їх тривале застосування.
На клітинному рівні захворювання розвивається по порочному колу. Запалення в області рогівки генерує активні форми кисню (АФК) - хімічно агресивні молекули, що ушкоджують клітини. Здорові очі здатні нейтралізувати АФК за рахунок вироблення антиоксидантів, що забезпечується нікотинамідаденіндінуклеотидфосфатом (NADPH). Але в запалених очах рівень АФК перевищує природний захист рогівки, що призводить до утворення ще більшої кількості АФК — хибне коло.
Група дослідників під керівництвом доцента Девіда Леонга Тай Вея з кафедри хімічної та біомолекулярної інженерії Коледжу дизайну та інженерії Національного університету Сінгапуру розробила принципово інший підхід, пересадивши функціональний фотосинтетичний механізм рослинного походження у клітини рогівки. Це дозволило клітинам збирати навколишнє світло та виробляти НАДФН незалежно від власних шляхів виробництва НАДФН. У доклінічних дослідженнях ця технологія, що застосовується у вигляді простих крапель очей у дозах настільки низьких, що не впливає на колірне сприйняття, протягом п'яти днів відновлювала пошкодження рогівки до рівня, близького до здорового, перевищуючи за ефективністю препарат.
Результати дослідження було опубліковано в онлайн-версії наукового журналу Cell 15 травня 2026 року.
Дивовижний біологічний кросовер
В еволюційному плані рослини і тварини пішли різними шляхами, тому тварини, за одним винятком, не здатні до фотосинтезу. Це виняток - морський слизень сакоглосса, який поглинає та запасає хлоропласти (органели, які відповідають за фотосинтез у рослинних клітинах) мікроводоростей у своїх кишкових клітинах. При голодуванні ці морські слимаки можуть харчуватися поживними речовинами, отриманими в результаті фотосинтезу - це єдиний відомий випадок, коли тварина здатна до фотосинтезу так само, як і рослина. Ця незвичайна особливість тварин породила інтригуюче питання: чи можуть ссавці також набути будь-якої обмеженої форми фотосинтезу?
Щоб перевірити свої ідеї, дослідники з NUS вибрали око, оскільки це один із небагатьох органів у людському тілі, що поглинають видиме світло — подібно до листя рослин. Вони розробили LEAF (Light-reaction Enriched thylakoid NADPH-Foundry) - нанорозмірну, структурно збережену версію тилакоїдних гран - щільно розташованих мембранних компартментів усередині хлоропластів рослинних клітин, де світлова енергія використовується і перетворюється на молекули NADPH. У процесі фотосинтезу молекули NADPH згодом використовуються для виробництва глюкози, забезпечуючи рослину енергією та їжею.
Ключове нововведення команди полягало у видаленні тієї частини хлоропластів, яка споживає NADPH, при збереженні тилакоїдів, де знаходиться механізм світлових реакцій фотосинтезу, цілістю. В результаті вийшла нанорозмірна упаковка, яка діє як спеціалізована фабрика NADPH, здатна виробляти приблизно на 20 відсотків більше NADPH порівняно з тилакоід без упаковки. Отримані з добре відомого листя шпинату з використанням запатентованого, м'якого механічного та хімічного методу екстракції, розробленого командою NUS, частинки мають розмір приблизно 400 нанометрів - досить малі, щоб легко поглинатися клітинами. Потрапляючи в клітини, LEAF потім виробляє фотосинтетичний NADPH при впливі джерел навколишнього світла, і вироблений NADPH бореться із синдромом сухого ока двома шляхами - усередині та поза клітиною.
«Це захоплююче відкриття, оскільки ми вперше продемонстрували, що фотосинтетичний апарат рослин може бути пересаджений у тканини ссавців для генерації біологічно корисних молекул, використовуючи для цього той самий світ, який забезпечує наш зір. У нас також можуть бути обмежені фотосинтетичні здібності», - Доктор Сін Куоран, перший автор роботи.
Протестовано на живих тканинах.
У лабораторних тестах на запалених клітинах LEAF відновлював рівень NADPH протягом 30 хвилин після дії світла, пригнічував утворення активних форм кисню та переводив імунні клітини рогівки з прозапального стану в протизапальний. При безпосередньому тестуванні на зразках слізної рідини, взятих у пацієнтів із синдромом сухого ока, LEAF збільшував рівень NADPH приблизно в 20 разів і знижував рівень перекису водню, ключового окислювача, що ушкоджує клітини, більш ніж на 95 відсотків.
У першому доклінічному дослідженні, проведеному у співпраці з офтальмологами з Очного центру Другої афілійованої лікарні Чжецзянського університету, препарат LEAF, що застосовується у вигляді очних крапель при природному освітленні в приміщенні, протягом п'яти днів відновив пошкоджену рогівку до рівня, близького до здорового, перевищив. Друге доклінічне дослідження також підтвердило терапевтичний ефект. Оцінка безпеки, включаючи дослідження шкірної сенсибілізації, подразнення очей та токсичності для органів, проведених протягом двох місяців, не виявили побічних ефектів. Команда планує провести клінічні випробування задля подальшої перевірки технології.
Більше, ніж здається на перший погляд.
"Завдяки LEAF у нас тепер є технологія, яка використовує навколишнє світло для безпосереднього відновлення молекули, що виснажується при синдромі сухого ока", - додав Леонг. «Оскільки вона отримана зі шпинату, застосовується у вигляді простих очних крапель, не вимагає зовнішніх пристроїв або джерел живлення та використовує навколишнє світло, яке використовується для зору, ми вважаємо, що вона має великий потенціал для клінічного застосування. Майже неможливо уявити собі можливе майбутнє, де клітини людини зможуть мати деяку обмежену, але корисну форму фотосинтезу не тільки в оці, але і в інших місцях».
Крім того, оскільки окислювальний стрес лежить в основі широкого спектру запальних захворювань, крім синдрому сухого ока, команда також бачить потенціал у підходах на основі LEAF у тих випадках, коли антиоксидантний захист організму перевантажений, особливо в тканинах, природним чином доступних для видимого світла, таких як сітківка, шкіра та нижчі. Вони також розробляють нові стратегії, які можуть виробляти терапевтично корисні фотосинтезовані молекули у внутрішніх органах без проникнення видимого світла.
Джерело: Національний університет Сінгапуру (NUS)
