Kunstig hornhinde efterligner naturligt modstykke

Millioner af mennesker rundt om i verden er blinde på grund af hornhindesygdom eller beskadigelse. I håb om at gøre hornhindetransplantationer mere tilgængelige, har forskere designet en kunstig hornhinde lavet af en vandfyldt polymer, der ligner øjets naturlige hornhinde. Sammenlignet med eksisterende kommercielt tilgængelige kunstige hornhinder, kan det nye implantat reducere sandsynligheden for infektion og andre komplikationer, der opstår ved operation.

Ser klart: Denne hydrogel-baserede kunstige hornhinde udviklet af forskere ved Stanford University indeholder mikroskopiske porer, der blev mønstret ved hjælp af fotolitografi. Når de først er implanteret i en patient, migrerer celler gennem porerne og hjælper med at integrere den kunstige hornhinde med det omgivende væv.

Cirka 40.000 patienter gennemgår hvert år en hornhindetransplantation i USA. Langt de fleste af disse mennesker modtager en erstatningshornhinde fra en menneskelig donor. Selvom operationen har en høj succesrate, er udbuddet af donorvæv begrænset, og ventelisterne kan være lange. I udviklingslandene er adgangen til donorvæv endnu sværere. Og alligevel er de fleste tilfælde af hornhindeblindhed i udviklingslande, siger Tueng Shen , en ekspert i hornhinde og refraktiv kirurgi ved University of Washington Medical Center, i Seattle.

For at overvinde dette problem har forskere udviklet kunstige hornhinder ved hjælp af syntetiske materialer. Den mest succesrige af disse til dato er Dolhman-Doane keratoprotesen, som modtog godkendelse fra U.S. Food and Drug Administration i 1992 og er blevet brugt i hundredvis af patienter. Den består af en hård, klar plastikkerne omgivet af humant donorvæv for at hjælpe med at fastgøre hornhinden til øjet.

Men fordi implantatet er udsat for infektion og andre komplikationer, skal patienterne tage et livslangt forløb med antibiotika. Som følge heraf bruges den kunstige hornhinde kun som en sidste udvej hos patienter, der gentagne gange har afvist naturligt donorvæv, eller som på anden måde ikke er berettiget til en sådan transplantationskirurgi.

I stedet for at bruge hård plast, Stanford University kemiingeniør Curtis Frank og tidligere kandidatstuderende David Myung har skabt en kunstig hornhinde baseret på en blød hydrogel. Den vandopsvulmede gel er lavet af et net af to polymernetværk. Det første netværk er lavet af polyethylenglycol, det andet af polyacrylsyre. Det er som at fylde hullerne i svampen op med et andet materiale, siger Frank. Du kan ikke adskille den ene fra den anden. De bliver uløseligt sammenflettet.

Det resulterende klare materiale er mekanisk robust, på trods af at det er 80 procent vand. Det høje vandindhold, forklarer Stanford øjenlæge Christopher Ta , er afgørende for at tillade glucose og andre næringsstoffer at diffundere gennem hornhinden og fremme væksten af ​​epitelceller på implantatets overflade. Det mener vi er vigtigt for at minimere risikoen for infektion, siger Ta. I den naturlige hornhinde er epitellaget meget vigtigt for beskyttelsen.

For eksempel er en type kunstig hornhinde, der i øjeblikket markedsføres under navnet AlphaCor, også baseret på en hydrogel. Alligevel indeholder materialet kun halvdelen af ​​mængden af ​​vand som Stanford-implantatet. Som følge heraf kan det ikke understøtte væksten af ​​epitelceller, hvilket mange forskere siger kan forklare AlphaCors høje fejlrate.

Fordi Stanford-hydrogelen er inert, klæber celler normalt ikke til den. Så med hjælp fra Stanford bioingeniør Jennifer Cochran , udtænkte forskerne en måde at binde kollagen til den kunstige hornhindes overflade. Kollagenet binder til gengæld til epitelcellerne. Cochran arbejder på at inkorporere vækstfaktorer og andre komponenter af cellens naturlige miljø i materialet.

Ved hjælp af fotolitografi kan Franks team også skabe mønstre af mikroskopiske porer rundt om implantatets kanter. På den måde, siger han, når hornhinden implanteres i patientens øje, vil celler migrere gennem porerne, forankre hornhinden og hjælpe med at integrere materialet med det oprindelige væv. Dette vil også reducere antallet af suturer, der kræves for at holde den kunstige hornhinde på plads, siger Frank.

Shen, som ikke var involveret i Stanford-indsatsen, siger, at udviklingen af ​​nye kunstige hornhinder vil være vigtig for at løse et kritisk sundhedsproblem. Hun spekulerer dog på, om designet af disse nye implantater er velegnet til brug i udviklingslandene. For eksempel kan hydrogel-baserede implantater kræve relativt kompliceret kirurgi. Det kunne være svært i forhold til at uddanne kirurger i udlandet, siger Shen. Hun er også bekymret over de potentielt høje omkostninger ved materialerne, om de kan anvendes på store populationer, og om de vil kræve meget opfølgende behandling.

Indtil videre har Stanford-gruppen vist, at diffusionen af ​​glukose over materialet er lig med den menneskelige hornhinde, og foreløbige undersøgelser i kaniner viser, at implantater kan understøtte væksten af ​​epitelceller. Forskerne siger, at undersøgelser af humane patienter stadig er flere år væk.

skjule