Dirbtinė ragena imituoja natūralų atitikmenį

Milijonai žmonių visame pasaulyje yra akli dėl ragenos ligos ar pažeidimo. Tikėdamiesi, kad ragenos transplantacijos bus plačiau prieinamos, mokslininkai sukūrė dirbtinę rageną, pagamintą iš vandeniu užpildyto polimero, kuris labai panašus į natūralią akies rageną. Palyginti su esamomis dirbtinėmis ragenomis, naujasis implantas gali sumažinti infekcijos ir kitų komplikacijų, kylančių po operacijos, tikimybę.





Aiškiai matai: Šioje hidrogelio pagrindu pagamintoje dirbtinėje ragenoje, kurią sukūrė Stanfordo universiteto mokslininkai, yra mikroskopinių porų, kurios buvo išmargintos naudojant fotolitografiją. Įsodintos į pacientą ląstelės migruoja per poras ir padeda integruoti dirbtinę rageną su aplinkiniais audiniais.

Kiekvienais metais Jungtinėse Valstijose maždaug 40 000 pacientų atliekama ragenos persodinimo operacija. Didžioji dauguma šių žmonių pakeičia rageną iš žmogaus donoro. Nors operacijos sėkmės procentas yra didelis, donoro audinių tiekimas yra ribotas, o laukimo sąrašas gali būti ilgas. Besivystančiame pasaulyje prieiga prie donoro audinių yra dar sunkesnė. Vis dėlto dauguma ragenos aklumo atvejų yra besivystančiose šalyse, sako Tueng Shen , ragenos ir refrakcijos chirurgijos ekspertas Vašingtono universiteto medicinos centre Sietle.

Norėdami išspręsti šią problemą, mokslininkai kūrė dirbtines ragenas naudodami sintetines medžiagas. Iki šiol sėkmingiausias iš jų yra Dolhman-Doane keratoprotezas, kuris 1992 m. gavo JAV maisto ir vaistų administracijos patvirtinimą ir buvo naudojamas šimtams pacientų. Jį sudaro kieta, skaidraus plastiko šerdis, apsupta žmogaus donoro audinio, padedančio rageną pritvirtinti prie akies.



Tačiau, kadangi implantas yra linkęs į infekciją ir kitas komplikacijas, pacientai turi vartoti visą gyvenimą trunkantį antibiotikų kursą. Dėl to dirbtinė ragena naudojama tik kaip paskutinė priemonė pacientams, kurie pakartotinai atmetė natūralų donoro audinį arba kuriems dėl kitų priežasčių tokia transplantacijos operacija netinka.

Užuot naudojęs kietą plastiką, Stanfordo universiteto chemijos inžinierius Curtisas Frankas ir buvęs absolventas Davidas Myungas sukūrė dirbtinę rageną minkšto hidrogelio pagrindu. Vandenyje išbrinkęs gelis pagamintas iš dviejų polimerinių tinklų tinklelio. Pirmasis tinklas pagamintas iš polietilenglikolio, antrasis iš poliakrilo rūgšties. Tai tarsi kempinės skylių užpildymas antra medžiaga, sako Frankas. Jūs negalite atskirti vieno nuo kito. Jie tampa neatskiriamai susipynę.

Gauta skaidri medžiaga yra mechaniškai tvirta, nepaisant to, kad ją sudaro 80 procentų vandens. Didelis vandens kiekis, aiškina Stanfordo oftalmologas Kristupas Ta , yra labai svarbus, kad gliukozė ir kitos maistinės medžiagos galėtų pasklisti per rageną ir paskatinti epitelio ląstelių augimą ant implanto paviršiaus. Manome, kad tai svarbu siekiant sumažinti infekcijos riziką, sako Ta. Natūralioje ragenoje epitelio sluoksnis yra labai svarbus apsaugai.



Pavyzdžiui, vienos rūšies dirbtinė ragena, kuri šiuo metu parduodama pavadinimu AlphaCor, taip pat yra pagrįsta hidrogeliu. Tačiau medžiagoje yra tik pusė vandens kiekio nei Stanfordo implante. Dėl to jis negali palaikyti epitelio ląstelių augimo, o tai, daugelio mokslininkų teigimu, gali paaiškinti didelį AlphaCor gedimų dažnį.

Kadangi Stanfordo hidrogelis yra inertiškas, ląstelės paprastai prie jo neprilimpa. Taigi, su Stanfordo bioinžinieriaus pagalba Jennifer Cochran , mokslininkai sukūrė būdą, kaip pririšti kolageną prie dirbtinės ragenos paviršiaus. Kolagenas savo ruožtu jungiasi prie epitelio ląstelių. Cochran stengiasi įtraukti augimo faktorius ir kitus natūralios ląstelės aplinkos komponentus į medžiagą.

Naudodama fotolitografiją, Franko komanda taip pat gali sukurti mikroskopinių porų raštus aplink implanto kraštus. Tokiu būdu, pasak jo, kai ragena implantuojama į paciento akį, ląstelės migruos per poras, pritvirtins rageną ir padės integruoti medžiagą su natūraliu audiniu. Tai taip pat sumažins siūlių skaičių, reikalingą dirbtinei ragenai išlaikyti, sako Frankas.



Shen, kuris nedalyvavo Stanfordo pastangose, sako, kad naujų dirbtinių ragenų kūrimas bus svarbus sprendžiant kritinę sveikatos problemą. Tačiau ji svarsto, ar šių naujų implantų dizainas tinkamas naudoti besivystančiame pasaulyje. Pavyzdžiui, hidrogelio pagrindu pagamintiems implantams gali prireikti gana sudėtingos operacijos. Shen sako, kad tai gali būti sunku mokant chirurgus užsienyje. Ji taip pat susirūpinusi dėl potencialiai didelių medžiagų kainos, ar jas galima pritaikyti didelėms populiacijoms ir ar joms reikės daug tolesnės priežiūros.

Iki šiol Stanfordo grupė įrodė, kad gliukozės difuzija per medžiagą yra lygi žmogaus ragenos difuzijai, o preliminarūs tyrimai su triušiais rodo, kad implantai gali palaikyti epitelio ląstelių augimą. Tyrėjai teigia, kad tyrimų su žmonėmis reikia dar kelerių metų.

paslėpti