La cornea artificiale imita la controparte naturale

Milioni di persone in tutto il mondo sono cieche a causa di malattie o danni alla cornea. Nella speranza di rendere i trapianti di cornea più ampiamente disponibili, i ricercatori hanno progettato una cornea artificiale realizzata con un polimero riempito d'acqua che assomiglia molto alla cornea naturale dell'occhio. Rispetto alle cornee artificiali esistenti in commercio, il nuovo impianto potrebbe ridurre la probabilità di infezione e altre complicazioni che derivano da un intervento chirurgico.

vedendo chiaramente: Questa cornea artificiale a base di idrogel sviluppata dai ricercatori della Stanford University contiene pori microscopici che sono stati modellati utilizzando la fotolitografia. Una volta impiantate in un paziente, le cellule migrano attraverso i pori e aiutano a integrare la cornea artificiale con il tessuto circostante.

Ogni anno negli Stati Uniti circa 40.000 pazienti vengono sottoposti a un intervento chirurgico di trapianto di cornea. La stragrande maggioranza di queste persone riceve una cornea sostitutiva da un donatore umano. Sebbene l'intervento chirurgico abbia un alto tasso di successo, la fornitura di tessuto donatore è limitata e le liste di attesa possono essere lunghe. Nei paesi in via di sviluppo, l'accesso ai tessuti dei donatori è ancora più difficile. Eppure la maggior parte dei casi di cecità corneale si verificano nei paesi in via di sviluppo, afferma Tueng Shen , un esperto in cornea e chirurgia refrattiva presso l'Università di Washington Medical Center, a Seattle.

Per superare questo problema, i ricercatori hanno sviluppato cornee artificiali utilizzando materiali sintetici. Il più riuscito di questi fino ad oggi è la cheratoprotesi Dolhman-Doane, che ha ricevuto l'approvazione dalla Food and Drug Administration nel 1992 ed è stata utilizzata in centinaia di pazienti. Consiste in un nucleo di plastica dura e trasparente circondato da tessuto donatore umano per aiutare ad attaccare la cornea all'occhio.

Tuttavia, poiché l'impianto è soggetto a infezioni e altre complicazioni, i pazienti devono seguire un ciclo di antibiotici per tutta la vita. Di conseguenza, la cornea artificiale viene utilizzata solo come ultima risorsa nei pazienti che hanno ripetutamente rifiutato il tessuto naturale del donatore o che non sono altrimenti idonei per tale intervento di trapianto.

Invece di usare plastica dura, ingegnere chimico della Stanford University Curtis Frank e l'ex studente laureato David Myung hanno creato una cornea artificiale basata su un morbido idrogel. Il gel rigonfio d'acqua è costituito da una rete di due reti polimeriche. La prima rete è costituita da glicole polietilenico, la seconda da acido poliacrilico. È come riempire i buchi della spugna con un secondo materiale, dice Frank. Non puoi separare l'uno dall'altro. Diventano inestricabilmente intrecciati.

Il materiale trasparente risultante è meccanicamente robusto, nonostante sia costituito per l'80% da acqua. L'alto contenuto di acqua, spiega l'oftalmologo di Stanford Cristoforo Ta , è fondamentale per consentire al glucosio e ad altri nutrienti di diffondersi attraverso la cornea e incoraggiare la crescita delle cellule epiteliali sulla superficie dell'impianto. Riteniamo che questo sia importante per ridurre al minimo il rischio di infezione, afferma Ta. Nella cornea naturale, lo strato epiteliale è molto importante per la protezione.

Ad esempio, anche un tipo di cornea artificiale attualmente commercializzato con il nome AlphaCor si basa su un idrogel. Eppure il materiale contiene solo la metà della quantità di acqua dell'impianto di Stanford. Di conseguenza, non può supportare la crescita delle cellule epiteliali, che secondo molti ricercatori potrebbe spiegare l'alto tasso di fallimento di AlphaCor.

Poiché l'idrogel di Stanford è inerte, le cellule normalmente non si attaccano ad esso. Quindi, con l'aiuto del bioingegnere di Stanford Jennifer Cochran , i ricercatori hanno ideato un modo per legare il collagene alla superficie della cornea artificiale. Il collagene, a sua volta, si lega alle cellule epiteliali. Cochran sta lavorando per incorporare nel materiale fattori di crescita e altri componenti dell'ambiente naturale della cellula.

Utilizzando la fotolitografia, il team di Frank può anche creare modelli di pori microscopici attorno ai bordi dell'impianto. In questo modo, dice, quando la cornea viene impiantata nell'occhio del paziente, le cellule migreranno attraverso i pori, ancoreranno la cornea e aiuteranno a integrare il materiale con il tessuto nativo. Ciò ridurrà anche il numero di suture necessarie per mantenere in posizione la cornea artificiale, afferma Frank.

Shen, che non era coinvolto nello sforzo di Stanford, afferma che lo sviluppo di nuove cornee artificiali sarà importante per risolvere un problema di salute critico. Tuttavia, si chiede se il design di questi nuovi impianti sia adatto per l'uso nei paesi in via di sviluppo. Ad esempio, gli impianti a base di idrogel potrebbero richiedere un intervento chirurgico relativamente complicato. Potrebbe essere difficile in termini di formazione dei chirurghi all'estero, afferma Shen. È anche preoccupata per il costo potenzialmente elevato dei materiali, se possono essere applicati a grandi popolazioni e se richiederanno molte cure di follow-up.

Finora, il gruppo di Stanford ha dimostrato che la diffusione del glucosio attraverso il materiale è uguale a quella della cornea umana e studi preliminari sui conigli mostrano che gli impianti possono supportare la crescita delle cellule epiteliali. I ricercatori affermano che mancano ancora diversi anni agli studi sui pazienti umani.

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