211service.com
Kunstmatig hoornvlies bootst natuurlijke tegenhanger na
Miljoenen mensen over de hele wereld zijn blind als gevolg van een ziekte of beschadiging van het hoornvlies. In de hoop hoornvliestransplantaties op grotere schaal beschikbaar te maken, hebben onderzoekers een kunstmatig hoornvlies ontworpen dat is gemaakt van een met water gevuld polymeer dat sterk lijkt op het natuurlijke hoornvlies van het oog. Vergeleken met bestaande in de handel verkrijgbare kunstmatige hoornvliezen, zou het nieuwe implantaat de kans op infectie en andere complicaties die voortvloeien uit een operatie kunnen verminderen.
Duidelijk zien: Dit kunstmatige hoornvlies op basis van hydrogel, ontwikkeld door onderzoekers van de Stanford University, bevat microscopisch kleine poriën die zijn gevormd met behulp van fotolithografie. Eenmaal geïmplanteerd in een patiënt, migreren cellen door de poriën en helpen ze het kunstmatige hoornvlies te integreren met het omringende weefsel.
Elk jaar ondergaan ongeveer 40.000 patiënten een hoornvliestransplantatie in de Verenigde Staten. De overgrote meerderheid van deze mensen krijgt een vervangend hoornvlies van een menselijke donor. Hoewel de operatie een hoog slagingspercentage heeft, is de voorraad donorweefsel beperkt en kunnen de wachtlijsten lang zijn. In ontwikkelingslanden is de toegang tot donorweefsel nog moeilijker. En toch zijn de meeste gevallen van hoornvliesblindheid in ontwikkelingslanden, zegt Tueng Shen , een expert in hoornvlies- en refractieve chirurgie aan het University of Washington Medical Center, in Seattle.
Om dit probleem te verhelpen, hebben onderzoekers kunstmatige hoornvliezen ontwikkeld met behulp van synthetische materialen. De meest succesvolle tot nu toe is de Dolhman-Doane keratoprothese, die in 1992 door de Amerikaanse Food and Drug Administration werd goedgekeurd en bij honderden patiënten is gebruikt. Het bestaat uit een harde, doorzichtige plastic kern omgeven door menselijk donorweefsel om het hoornvlies aan het oog te helpen hechten.
Omdat het implantaat echter vatbaar is voor infecties en andere complicaties, moeten patiënten een levenslange antibioticakuur volgen. Als gevolg hiervan wordt het kunstmatige hoornvlies alleen als laatste redmiddel gebruikt bij patiënten die natuurlijk donorweefsel herhaaldelijk hebben afgewezen of die anderszins niet in aanmerking komen voor een dergelijke transplantatie.
In plaats van hard plastic te gebruiken, heeft chemisch ingenieur Stanford University Curtis Frank en voormalig afgestudeerde student David Myung hebben een kunstmatig hoornvlies gemaakt op basis van een zachte hydrogel. De in water gezwollen gel is gemaakt van een gaas van twee polymeernetwerken. Het eerste netwerk is gemaakt van polyethyleenglycol, het tweede van polyacrylzuur. Het is alsof je de gaten in de spons opvult met een tweede materiaal, zegt Frank. Je kunt het een niet van het ander scheiden. Ze raken onlosmakelijk met elkaar verweven.
Het resulterende heldere materiaal is mechanisch robuust, ondanks dat het voor 80 procent uit water bestaat. Het hoge watergehalte, legt de oogarts van Stanford uit Christopher Ta , is van cruciaal belang om glucose en andere voedingsstoffen door het hoornvlies te laten diffunderen en de groei van epitheelcellen op het oppervlak van het implantaat te stimuleren. We denken dat dit belangrijk is om het risico op infectie te minimaliseren, zegt Ta. In het natuurlijke hoornvlies is de epitheellaag erg belangrijk voor bescherming.
Een type kunsthoornvlies dat momenteel op de markt wordt gebracht onder de naam AlphaCor, is bijvoorbeeld ook gebaseerd op een hydrogel. Toch bevat het materiaal slechts de helft van de hoeveelheid water als het Stanford-implantaat. Als gevolg hiervan kan het de groei van epitheelcellen niet ondersteunen, wat volgens veel onderzoekers het hoge uitvalpercentage van AlphaCor zou kunnen verklaren.
Omdat de Stanford-hydrogel inert is, blijven cellen er normaal gesproken niet aan plakken. Dus, met de hulp van Stanford bio-ingenieur Jennifer Cochran , bedachten de onderzoekers een manier om collageen aan het oppervlak van het kunstmatige hoornvlies te binden. Het collageen bindt op zijn beurt aan de epitheelcellen. Cochran werkt aan het opnemen van groeifactoren en andere componenten van de natuurlijke omgeving van de cel in het materiaal.
Met behulp van fotolithografie kan het team van Frank ook patronen van microscopisch kleine poriën rond de randen van het implantaat creëren. Op die manier, zegt hij, zullen cellen, wanneer het hoornvlies in het oog van de patiënt wordt geïmplanteerd, door de poriën migreren, het hoornvlies verankeren en het materiaal helpen integreren met het oorspronkelijke weefsel. Dit vermindert ook het aantal hechtingen dat nodig is om het kunstmatige hoornvlies op zijn plaats te houden, zegt Frank.
Shen, die niet betrokken was bij de Stanford-inspanningen, zegt dat de ontwikkeling van nieuwe kunstmatige hoornvliezen belangrijk zal zijn voor het oplossen van een kritiek gezondheidsprobleem. Ze vraagt zich echter af of het ontwerp van deze nieuwe implantaten wel geschikt is voor gebruik in ontwikkelingslanden. Op hydrogel gebaseerde implantaten kunnen bijvoorbeeld relatief gecompliceerde chirurgie vereisen. Dat kan moeilijk zijn als het gaat om het opleiden van chirurgen in het buitenland, zegt Shen. Ze maakt zich ook zorgen over de mogelijk hoge kosten van de materialen, of ze kunnen worden toegepast op grote populaties en of ze veel nazorg zullen vergen.
Tot nu toe heeft de Stanford-groep aangetoond dat de diffusie van glucose over het materiaal gelijk is aan die van het menselijke hoornvlies, en voorlopige studies bij konijnen tonen aan dat implantaten de groei van epitheelcellen kunnen ondersteunen. De onderzoekers zeggen dat studies bij menselijke patiënten nog enkele jaren duren.