Neue Technik: Reparatur der Hornhaut mit Biomaterialien und gepulstem Licht
Kanadische Forschende zeigen in einer präklinischen Studie, dass biomimetische Materialien, die mit niederenergetischem blauem Licht gepulst werden, beschädigte Hornhäute neu formen und das Gewebe verdicken können.
Geleitet von biomimetischem Design – Innovationen, die von der Natur inspiriert sind – zeigen die Ergebnisse von multidisziplinären Forschungen an der University of Ottawa, dass ein photoaktivierbares Material auf Peptidbasis verwendet werden kann, um das ausgedünnte Hornhautstroma wieder aufzubauen. Die Arbeit des Forschungsteams wurde in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlicht.
„Unsere Technologie ist ein Sprung auf dem Gebiet der Hornhautreparatur. Wir sind zuversichtlich, dass dies eine praktische Lösung für die Behandlung von Patienten sein könnte, die mit Krankheiten leben, die sich negativ auf die Form und Geometrie der Hornhaut auswirken, wie etwa der Keratokonus“, sagt Dr. Emilio Alarcon, außerordentlicher Professor an der medizinischen Fakultät der University of Ottawa und Forscher in der Gruppe BioEngineering and Therapeutic Solutions (BEaTS) am University of Ottawa Heart Institute.
Die von dem Team entwickelten und getesteten Biomaterialien bestehen aus kurzen Peptiden sowie den beiden Glykosaminoglykanen Chondroitin und Hyaluronsäure. In Form einer viskosen Flüssigkeit wird das Material in das Hornhautgewebe injiziert, nachdem eine winzige Tasche chirurgisch angelegt wurde. Bei der Bestrahlung mit niederenergetischem blauem Licht härtet das injizierte Hydrogel aus und bildet innerhalb von Minuten eine gewebeartige 3D-Struktur. Laut Dr. Alarcon wird daraus ein transparentes Material mit ähnlichen Eigenschaften, wie sie in Schweinehornhäuten gemessen wurden.
In-vivo-Versuche an einem Rattenmodell zeigten, dass das lichtaktivierte Hydrogel die Hornhaut ohne Nebenwirkungen wie Entzündungen oder Neovaskularisationen verdicken kann. Das Forscherteam, das eine viel geringere Blaulichtdosis als in anderen Studien verwendete, testete die Technologie auch erfolgreich in einem Ex-vivo-Modell der Schweinehornhaut. Vor klinischen Versuchen am Menschen sind Tests an großen Tiermodellen erforderlich. Die Verwendung niedriger Lichtintensitäten und die Fähigkeit der entwickelten Materialien, die Krümmung des Hornhautgewebes stabil wiederherzustellen, machen diese Formulierungen für die klinische Umsetzung attraktiv.
„Unser Material wurde so entwickelt, dass es die Energie des blauen Lichts nutzt, um an Ort und Stelle eine hornhautähnliche Struktur zu bilden. Unsere gesammelten Daten deuten darauf hin, dass die Materialien nicht toxisch sind und im Tiermodell mehrere Wochen lang bestehen bleiben. Wir gehen davon aus, dass unser Material auch in menschlicher Hornhaut stabil und ungiftig sein wird“, sagt Dr. Alarcon, dessen Labor sich auf die Entwicklung neuer Materialien mit regenerativen Fähigkeiten für Herz-, Haut- und Hornhautgewebe konzentriert.
Es dauerte über sieben Jahre, bis die Forschungsergebnisse veröffentlicht werden konnten.
„Wir mussten jedes einzelne Bauteil der Technologie entwickeln, von der Lichtquelle bis zu den in der Studie verwendeten Molekülen. Die Technologie wurde so entwickelt, dass sie klinisch übertragbar ist, d. h. alle Komponenten müssen so konzipiert sein, dass sie letztlich unter Einhaltung strenger Sterilitätsstandards hergestellt werden können“, sagt Dr. Alarcon.
Die Forschungsergebnisse sind auch Gegenstand einer Patentanmeldung, über deren Lizenzierung derzeit verhandelt wird.
Quelle: University of Ottawa
Advanced Functional Materials - Low Energy Blue Pulsed Light-Activated Injectable Materials for Restoring Thinning Corneas