Czy jedwabne implanty pomogą widzieć wyraźniej?
Miliony ludzi na całym świecie cierpią na choroby oczu, które wpływają na wzrok, w tym (krótkowzroczność), prezbiopia (starczowzroczność) i choroby rogówki. Krótkowzroczność dotyka ponad 35% populacji w Europie, natomiast prezbiopia dotyka zasadniczo wszystkie osoby w wieku powyżej 45 lat. Obecne metody leczenia obejmują zabiegi chirurgiczne w celu dodania tkanki lub soczewek, jednak metody te mogą prowadzić do powikłań, w tym odrzucenia, zamglenia rogówki lub skrócenia życia. Nie znaleziono jeszcze materiału, który spełniałby niezbędne właściwości mechaniczne, był przezroczysty, biokompatybilny i wystarczająco wszechstronny, aby sprostać tym wyzwaniom. Najnowsze badania dotyczyły wykorzystania innowacyjnego materiału występującego w naturze: włókien z kokonów jedwabników. Fibroina jedwabna stała się użytecznym naturalnym polimerem do celów biomedycznych. Biopolimery na bazie jedwabiu są biokompatybilne, rozciągliwe i przezroczyste, a także mają precyzyjnie regulowane właściwości, czyli spełniają wszystkie wymogi konieczne do stworzenia nowoczesnego, naturalnego implantu oka. W ramach projektu SILK-EYE, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ERC), naukowcy prowadzili pionierskie badania nad opracowaniem nowych implantów rogówki i soczewek wykonanych z jedwabiu. Prace obejmowały współpracę z naukowcami z Wellman Center for Photomedicine(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i Tufts University(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i stanowiły rozwinięcie wyników poprzedniego projektu finansowanego przez ERBN, PRESBYOPIA, w ramach którego opracowano soczewki wewnątrzgałkowe zdolne do zmiany kształtu pod wpływem działania mięśni oka, w czym naśladują działanie młodej soczewki krystalicznej. „Systemy te wymagają materiałów, które wspierają zarówno mechaniczne odkształcenia, jak i efektywne prowadzenie światła” — wyjaśnia Susana Marcos, profesor Badania w Hiszpańskiej Wyższej Radzie Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (CSIC). „We wszystkich tych zastosowaniach jedwabna fibroina okazała się atrakcyjną platformą”.
Tworzenie ścieżki rozwoju produkcji
Dzięki projektowi SILK-EYE Marcos i jej współpracownicy opracowali szeroką rodzinę materiałów na bazie jedwabnej i fibroiny, wraz z kompletnym procesem produkcyjnym, od kokonów po przezroczyste membrany i wkładki, dostosowane do różnych zastosowań. Zaprojektowali opatrunki na rogówkę, które są biodegradowalne i mogą przyspieszyć gojenie się ran. Zespół opracował również wkładki rogówkowe, zaprojektowane tak, aby umożliwić transport składników odżywczych przy jednoczesnym zachowaniu długoterminowej stabilności. „Implanty te są również przeznaczone do korygowania wad refrakcji poprzez połączenie reakcji mechanicznej i dostrajania refrakcji” — dodaje Marcos. Oprócz samego wytwarzania, w ramach projektu przeprowadzono szeroko zakrojoną charakterystykę materiału, jego laserową obróbkę, badania hodowli komórkowych i ocenę przedkliniczną na królikach. „Ostatecznym celem jest translacja kliniczna do zastosowań u ludzi” — mówi Marcos. „Będzie to wymagało dodatkowych prac przedklinicznych, a następnie badań bezpieczeństwa i skuteczności”.
Poprawa wzroku obywateli Europy
Testy wykazały, że opracowane przez zespół opatrunki rogówkowe na bazie jedwabnej fibroiny znacznie przyspieszają gojenie się ran rogówki i mogą być mocowane do rogówki bez szwów. Wkładki rogówkowe o wysokiej zawartości jedwabiu wykazują również długi czas retencji i dobrą biokompatybilność. Naukowcy wykorzystali też najnowocześniejsze lasery, aby osiągnąć spójne i znaczące zmiany współczynnika załamania światła w swoich jedwabnych membranach. W ramach projektu opracowano również zaawansowane konstrukcje optomechaniczne i systemy umożliwiające akomodację soczewek wewnątrzgałkowych. Marcos zwraca uwagę na kilka aspektów implantów na bazie jedwabiu, które czynią je bardzo obiecującymi, w tym łatwość produkcji, niższe koszty i większą ekologiczność, ponieważ ulegają one naturalnej degradacji w środowisku. Zespół będzie kontynuował prace nad implantami, oceniając bezpieczeństwo i skuteczność implantów rogówki we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu w Valladolid(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Równoległa praca z naukowcami z Uniwersytetu w Rochester(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Stanach Zjednoczonych bada indukowane laserem zmiany współczynnika załamania światła w materiałach z fibroiny jedwabnej, które mogłyby umożliwić w pełni spersonalizowane soczewki optyczne. „Choroby, na które ukierunkowane są te implanty, są bardzo rozpowszechnione” — zauważa Marcos. „To sprawia, że potencjalny wpływ alternatywnych, skalowalnych metod leczenia jest szczególnie istotny”.
