211service.com
Sztuczna rogówka naśladuje naturalnego odpowiednika
Miliony ludzi na całym świecie są niewidome z powodu choroby lub uszkodzenia rogówki. W nadziei na szersze udostępnienie przeszczepów rogówki, naukowcy zaprojektowali sztuczną rogówkę wykonaną z wypełnionego wodą polimeru, który bardzo przypomina naturalną rogówkę oka. W porównaniu z istniejącymi sztucznymi rogówkami dostępnymi na rynku, nowy implant może zmniejszyć prawdopodobieństwo infekcji i innych powikłań wynikających z operacji.
Widząc wyraźnie: Ta sztuczna rogówka na bazie hydrożelu, opracowana przez naukowców ze Stanford University, zawiera mikroskopijne pory, które zostały ukształtowane za pomocą fotolitografii. Po wszczepieniu pacjentowi komórki migrują przez pory i pomagają zintegrować sztuczną rogówkę z otaczającą tkanką.
Każdego roku w Stanach Zjednoczonych około 40 000 pacjentów przechodzi operację przeszczepu rogówki. Zdecydowana większość tych osób otrzymuje rogówkę zastępczą od ludzkiego dawcy. Chociaż operacja ma wysoki wskaźnik powodzenia, podaż tkanki dawcy jest ograniczona, a listy oczekujących mogą być długie. W krajach rozwijających się dostęp do tkanki dawcy jest jeszcze trudniejszy. A jednak większość przypadków ślepoty rogówki ma miejsce w krajach rozwijających się, mówi Tueng Shen , ekspert w dziedzinie chirurgii rogówki i chirurgii refrakcyjnej w University of Washington Medical Center w Seattle.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy opracowali sztuczne rogówki przy użyciu materiałów syntetycznych. Najbardziej udaną z nich do tej pory jest keratoproteza Dolhman-Doane, która została zatwierdzona przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków w 1992 roku i była stosowana u setek pacjentów. Składa się z twardego, przezroczystego plastikowego rdzenia otoczonego ludzką tkanką dawcy, która pomaga przyczepić rogówkę do oka.
Jednakże, ponieważ implant jest podatny na infekcje i inne powikłania, pacjenci muszą przez całe życie przyjmować antybiotyki. W rezultacie sztuczną rogówkę stosuje się tylko w ostateczności u pacjentów, którzy wielokrotnie odrzucali naturalną tkankę dawcy lub którzy w inny sposób nie kwalifikują się do takiej operacji przeszczepu.
Zamiast używać twardego plastiku, inżynier chemik ze Stanford University Curtis Frank i były doktorant David Myung stworzyli sztuczną rogówkę opartą na miękkim hydrożelu. Pęczniejący wodą żel składa się z siatki dwóch sieci polimerowych. Pierwsza sieć wykonana jest z glikolu polietylenowego, druga z kwasu poliakrylowego. To jak wypełnianie dziur w gąbce drugim materiałem, mówi Frank. Nie możesz oddzielić jednego od drugiego. Stają się nierozerwalnie splecione.
Otrzymany przezroczysty materiał jest wytrzymały mechanicznie, mimo że zawiera 80% wody. Wysoka zawartość wody, wyjaśnia okulista Stanford Christopher Ta , ma kluczowe znaczenie dla umożliwienia dyfuzji glukozy i innych składników odżywczych przez rogówkę i pobudzenia wzrostu komórek nabłonka na powierzchni implantu. Uważamy, że jest to ważne dla zminimalizowania ryzyka infekcji, mówi Ta. W naturalnej rogówce bardzo ważna dla ochrony jest warstwa nabłonka.
Na przykład, jeden rodzaj sztucznej rogówki obecnie sprzedawany pod nazwą AlphaCor jest również oparty na hydrożelu. Jednak materiał zawiera tylko połowę ilości wody, co implant Stanford. W rezultacie nie może wspierać wzrostu komórek nabłonkowych, co zdaniem wielu badaczy może wyjaśniać wysoki wskaźnik niepowodzeń AlphaCor.
Ponieważ hydrożel Stanford jest obojętny, komórki zwykle nie przyklejają się do niego. Tak więc, z pomocą bioinżyniera Stanforda Jennifer Cochran , naukowcy opracowali sposób wiązania kolagenu z powierzchnią sztucznej rogówki. Kolagen z kolei wiąże się z komórkami nabłonka. Cochran pracuje nad włączeniem do materiału czynników wzrostu i innych składników naturalnego środowiska komórki.
Za pomocą fotolitografii zespół Franka może również tworzyć wzory mikroskopijnych porów wokół krawędzi implantu. W ten sposób, jak mówi, gdy rogówka zostanie wszczepiona do oka pacjenta, komórki przejdą przez pory, zakotwiczą rogówkę i pomogą zintegrować materiał z natywną tkanką. Zmniejszy to również liczbę szwów wymaganych do utrzymania sztucznej rogówki na miejscu, mówi Frank.
Shen, który nie był zaangażowany w wysiłki Stanforda, mówi, że opracowanie nowych sztucznych rogówek będzie ważne dla rozwiązania krytycznego problemu zdrowotnego. Zastanawia się jednak, czy konstrukcja tych nowych implantów jest odpowiednia do zastosowania w krajach rozwijających się. Na przykład implanty na bazie hydrożelu mogą wymagać stosunkowo skomplikowanej operacji. To może być trudne, jeśli chodzi o szkolenie chirurgów za granicą, mówi Shen. Martwi ją również potencjalnie wysoki koszt materiałów, czy można je zastosować w dużych populacjach i czy będą wymagały intensywnej opieki.
Jak dotąd grupa ze Stanford wykazała, że dyfuzja glukozy w materiale jest równa dyfuzji ludzkiej rogówki, a wstępne badania na królikach pokazują, że implanty mogą wspierać wzrost komórek nabłonka. Naukowcy twierdzą, że badania na ludziach to jeszcze kilka lat.