氧化石墨烯增强共聚物纳米植入体的光转导效率并挽救视网膜色素变性大鼠和猪模型的视觉功能

针对视网膜色素变性（RP）和年龄相关性黄斑变性（AMD）导致的失明问题，研究人员开发了基于P3HT:PCBM共聚物与氧化石墨烯（GO）复合的可注射视网膜纳米植入体（PPG）。该研究证实GO显著提高了纳米材料的光伏效率，在盲态视网膜外植体和体内模型中恢复了光驱动行为、视觉脑活动及视网膜电生理反应，且无促炎效应，展现了治疗视网膜退行性疾病的巨大转化潜力。

视网膜退行性疾病，如视网膜色素变性（Retinitis pigmentosa, RP）和年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration, AMD），是导致不可逆盲的主要病因。这些疾病破坏视网膜感光细胞的结构与功能，最终导致视觉丧失，严重影响患者的生活质量。尽管基因治疗、光遗传学、细胞疗法和人工视网膜假体等策略已进入临床试验，但仍存在诸多局限，如基因治疗的突变特异性高、光遗传学的光敏感性低、植入式设备的手术侵入性强且空间分辨率有限。因此，开发一种能够广泛覆盖视网膜、高分辨率且易于施用的视觉修复技术成为迫切需求。

近年来，有机半导体材料因其良好的生物相容性和柔性电子特性，被广泛应用于神经调制和视网膜假体领域。其中，聚（3-己基噻吩）（poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl), P3HT）纳米颗粒可通过微创注射植入视网膜下腔，与二级神经元形成紧密连接，实现光刺激下的神经激活。然而，纯P3HT纳米颗粒的光转导效率相对较低，制约了其在环境光条件下的应用潜力。为此，研究团队尝试将P3HT与富勒烯衍生物（phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PCBM）共混形成体异质结，并进一步引入氧化石墨烯（graphene oxide, GO）作为电荷传输增强材料，构建具有核壳结构的高效纳米植入体（简称PPG），以提升光响应性能。

本研究由意大利技术研究院（Istituto Italiano di Tecnologia）的Elisabetta Colombo和Fabio Benfenati团队主导，发表于《Nature Communications》。研究通过材料学表征、离体视网膜电生理、行为学测试和多物种在体验证，系统评估了PPG纳米植入体的光电特性、生物相容性与治疗潜力。

研究采用再沉淀法制备纳米植入体，通过动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）表征其物理性质；利用电化学测量系统分析光伏性能；通过多电极阵列（MEA）记录盲态视网膜外植体的光诱发神经活动；在大鼠和猪的视网膜变性模型中，通过行为学（明暗箱、条件性恐惧实验）、瞳孔光反射（PLR）、视觉诱发电位（VEP）和视网膜电图（ERG）等技术评估视觉功能恢复效果；并采用免疫组化分析炎症反应与生物分布。猪模型通过碘乙酸（iodoacetic acid, IAA）静脉注射诱导化学性光感受器变性。

纳米植入体的表征与光电性能

研究团队成功合成了PP（P3HT:PCBM）和PPG（P3HT:PCBM-GO）两种纳米植入体。DLS显示二者粒径均一（约180 nm）、分散稳定性高。TEM显示PPG因包覆GO片层而呈现较低球形度。AFM证实其在氧化铟锡（ITO）基底上形成均匀薄膜。循环伏安测量表明，在绿光照射（540 nm, 25 mW/mm2）下，PPG产生更高的阴极电流密度，光暗比显著优于PP。计时电流法进一步显示，PPG在多种光强度和持续时间下均能产生更强的光电流，表明GO有效提升了电荷分离与提取效率。

离体视网膜的光敏性恢复

将纳米植入体注射到Royal College of Surgeons（RCS）大鼠的视网膜下腔后，多电极阵列记录显示，PPG处理的视网膜在短至10 ms的光脉冲下即可诱发视网膜节细胞（RGC）的兴奋性响应，且响应比例和强度均高于PP组和二氧化硅（SiO?）对照组。表明GO的引入显著降低了光激活阈值，提高了时间分辨率。

体内生物相容性与分布

PPG在RCS大鼠视网膜下腔注射3-4个月后仍广泛分布，覆盖约56%的视网膜面积，且未引发明显的微胶质细胞（Iba-1?）或星形胶质细胞（GFAP?）激活。Sholl分析和CD68免疫标记进一步证实，PPG未引起吞噬活化或炎症反应，具有良好的生物相容性。

视觉行为与神经功能的恢复

在行为层面，PPG注射使RCS大鼠在明暗箱测试中恢复了对暗环境的偏好，逃避潜伏期缩短至与健康RDY大鼠相当。在条件性恐惧实验中，PPG组大鼠对光条件刺激（CS）的冻结反应显著增强，且感知阈值低至2.5 Lux，优于PP组（5 Lux）。瞳孔光反射（PLR）实验表明，PPG在大鼠模型中恢复了与健康对照组相当的瞳孔收缩反应。皮层视觉诱发电位（VEP）记录显示，PPG植入后大鼠的空间视觉 acuity 恢复至健康对照的86%，证实其能够支持模式视觉。

大动物模型中的转化验证

在IAA诱导的光感受器变性猪模型中，PPG注射眼在ERG记录中显示出明显的b波恢复，显著优于对照眼（SiO?注射）。光学相干断层扫描（OCT）和免疫荧光证实PPG稳定分布于视网膜下腔，且未引起视网膜结构破坏或炎症反应。这一结果验证了PPG纳米植入体在大型哺乳动物中的有效性与安全性。

本研究通过材料创新与多维度功能验证，证实了GO基纳米植入体在视觉修复中的高效性与转化潜力。其核心优势在于：

1. 1.
   通过GO增强电荷分离效率，显著降低光激活阈值，使环境光下的视觉恢复成为可能；
2. 2.
   微创注射实现广覆盖视网膜，避免传统植入体的空间局限性与手术创伤；
3. 3.
   优异的生物相容性与长期稳定性，无免疫激活或毒性反应；
4. 4.
   在多物种（啮齿类、猪）模型中一致有效，支持其临床转化前景。

该技术为视网膜退行性疾病提供了一种通用、高效且易于实施的干预策略，不仅适用于RP，也可能拓展至AMD等其他光感受器变性疾病的治疗。未来研究可进一步优化材料能带结构、探索多色光响应与长期在体安全性，推动其向临床应用迈进。