211service.com
Konstgjord hornhinna härmar naturlig motsvarighet
Miljontals människor runt om i världen är blinda på grund av hornhinnesjukdom eller skada. I hopp om att göra hornhinnetransplantationer mer allmänt tillgängliga har forskare designat en konstgjord hornhinna gjord av en vattenfylld polymer som nära liknar ögats naturliga hornhinna. Jämfört med befintliga kommersiellt tillgängliga konstgjorda hornhinnor kan det nya implantatet minska sannolikheten för infektion och andra komplikationer som uppstår vid operation.
Ser tydligt: Denna hydrogelbaserade konstgjorda hornhinna utvecklad av forskare vid Stanford University innehåller mikroskopiska porer som mönstrades med fotolitografi. När de väl har implanterats i en patient, migrerar celler genom porerna och hjälper till att integrera den konstgjorda hornhinnan med den omgivande vävnaden.
Cirka 40 000 patienter genomgår hornhinnetransplantation i USA varje år. De allra flesta av dessa personer får en ersättningshornhinna från en mänsklig donator. Även om operationen har en hög framgångsfrekvens är tillgången på donatorvävnad begränsad och väntelistorna kan vara långa. I utvecklingsländerna är tillgången till donatorvävnad ännu svårare. Och ändå är de flesta fall av hornhinneblindhet i utvecklingsländer, säger Tueng Shen , en expert på hornhinna och refraktiv kirurgi vid University of Washington Medical Center, i Seattle.
För att övervinna detta problem har forskare utvecklat konstgjorda hornhinnor med hjälp av syntetiska material. Den mest framgångsrika av dessa hittills är Dolhman-Doane keratoprotes, som fick godkännande från U.S. Food and Drug Administration 1992 och har använts på hundratals patienter. Den består av en hård, klar plastkärna omgiven av mänsklig donatorvävnad för att hjälpa till att fästa hornhinnan i ögat.
Men eftersom implantatet är känsligt för infektioner och andra komplikationer måste patienterna ta en livslång antibiotikakur. Som ett resultat av detta används den konstgjorda hornhinnan endast som en sista utväg hos patienter som upprepade gånger har avvisat naturlig donatorvävnad eller som på annat sätt inte är berättigade till sådan transplantationskirurgi.
Istället för att använda hårdplast, Stanford University kemiingenjör Curtis Frank och tidigare doktorand David Myung har skapat en konstgjord hornhinna baserad på en mjuk hydrogel. Den vattensvällda gelén är gjord av ett nät av två polymernätverk. Det första nätverket är gjort av polyetylenglykol, det andra av polyakrylsyra. Det är som att fylla upp hålen i svampen med ett andra material, säger Frank. Du kan inte skilja det ena från det andra. De blir oupplösligt sammanflätade.
Det resulterande klara materialet är mekaniskt robust, trots att det är 80 procent vatten. Den höga vattenhalten, förklarar Stanford ögonläkare Christopher Ta , är avgörande för att tillåta glukos och andra näringsämnen att diffundera genom hornhinnan och uppmuntra tillväxten av epitelceller på implantatets yta. Det tycker vi är viktigt för att minimera smittrisken, säger Ta. I den naturliga hornhinnan är epitelskiktet mycket viktigt för skyddet.
Till exempel är en typ av konstgjord hornhinna som för närvarande marknadsförs under namnet AlphaCor också baserad på en hydrogel. Ändå innehåller materialet bara hälften så mycket vatten som Stanford-implantatet. Som ett resultat kan det inte stödja tillväxten av epitelceller, vilket många forskare säger kan förklara AlphaCors höga felfrekvens.
Eftersom Stanford-hydrogelen är inert, fastnar cellerna normalt inte vid den. Så, med hjälp av Stanford bioingenjör Jennifer Cochran , utarbetade forskarna ett sätt att binda kollagen till den konstgjorda hornhinnans yta. Kollagenet binder i sin tur till epitelcellerna. Cochran arbetar med att införliva tillväxtfaktorer och andra komponenter i cellens naturliga miljö i materialet.
Med hjälp av fotolitografi kan Franks team också skapa mönster av mikroskopiska porer runt implantatets kanter. På så sätt, säger han, när hornhinnan implanteras i patientens öga, kommer celler att migrera genom porerna, förankra hornhinnan och hjälpa till att integrera materialet med den naturliga vävnaden. Detta kommer också att minska antalet suturer som krävs för att hålla den konstgjorda hornhinnan på plats, säger Frank.
Shen, som inte var involverad i Stanford-satsningen, säger att utvecklingen av nya konstgjorda hornhinnor kommer att vara viktig för att lösa ett kritiskt hälsoproblem. Hon undrar dock om utformningen av dessa nya implantat är väl lämpade för användning i utvecklingsländerna. Till exempel kan hydrogelbaserade implantat kräva relativt komplicerad kirurgi. Det kan vara svårt när det gäller att utbilda kirurger utomlands, säger Shen. Hon är också oroad över de potentiellt höga kostnaderna för materialen, om de kan appliceras på stora populationer och om de kommer att kräva mycket uppföljning.
Hittills har Stanford-gruppen visat att diffusionen av glukos över materialet är lika med den för den mänskliga hornhinnan, och preliminära studier på kaniner visar att implantat kan stödja tillväxten av epitelceller. Forskarna säger att studier på mänskliga patienter fortfarande är flera år bort.