Wie Seidenimplantate für klare Sicht sorgen
Millionen Menschen weltweit sind von Augenkrankheiten betroffen, die das Sehvermögen beeinträchtigen, darunter Kurzsichtigkeit (Myopie), verschwommenes Sehen (Presbyopie) und Hornhauterkrankungen. Myopie beeinträchtigt mehr als 35 % der europäischen Bevölkerung, während Presbyopie praktisch alle Menschen im Alter von über 45 Jahren betrifft. Zu den heute üblichen Behandlungsmethoden gehören chirurgische Eingriffe zur Einbringung von Gewebe oder Linsen, die jedoch Komplikationen wie Abstoßungsreaktionen, Hornhauttrübungen oder verkürzte Lebensdauer nach sich ziehen können. Bislang wurde noch kein Material gefunden, das die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweist, transparent, biokompatibel und vielseitig einsetzbar ist, um diese Herausforderungen zu meistern. In jüngster Forschung wurde der Einsatz eines innovativen, in der Natur vorkommenden Materials erkundet, wobei es um die Fäden des Seidenraupenkokons geht. Seidenfibroin erwies sich als ein nützliches natürliches Polymer für biomedizinische Zwecke. Biopolymere auf Seidenbasis sind biokompatibel, dehnbar und transparent und verfügen über fein abstimmbare Eigenschaften. Und all diese Faktoren müssen für ein modernes naturbasiertes Implantat für das Auge gelten. Im Rahmen des Projekts SILK-EYE, das vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) (ERC) finanziert wurde, hat eine Forschungsgruppe Pionierarbeit bei der Entwicklung neuer Hornhautimplantate und -linsen aus Seide geleistet. Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Forscherinnen und Forschern des Wellman Center for Photomedicine(öffnet in neuem Fenster) und der Tufts University(öffnet in neuem Fenster) durchgeführt. Dabei wurden frühere Erkenntnisse aus dem ERC-finanzierten Vorgängerprojekt PRESBYOPIA weiter vorangebracht, bei dem Intraokularlinsen entwickelt wurden, die sich unter der Einwirkung von Augenmuskeln verformen können und somit die Funktion einer jungen Augenlinse nachahmen. „Diese Systeme erfordern Materialien, die sowohl eine mechanische Verformung als auch eine effiziente Lichtlenkung zulassen“, erklärt Susana Marcos, Professorin für Forschung beim spanischen Obersten Rat für wissenschaftliche Forschung(öffnet in neuem Fenster) (CSIC). „Bei all diesen Anwendungen hat sich Seidenfibroin als eine überzeugende Plattform erwiesen.“
Einen Fertigungsablauf erstellen
Im Rahmen von SILK-EYE entwickelten Marcos und ihre Kolleginnen und Kollegen eine breite Palette von Materialien auf Seidenfibroinbasis sowie einen kompletten Fertigungsablauf, der von den Kokons bis zu transparenten Membranen und Einlagen reicht, die auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sind. Sie konzipierten Hornhautverbände, die biologisch abbaubar sind und die Wundheilung beschleunigen können. Das Team entwickelte ebenso Hornhauteinlagen, die derart ausgebildet sind, dass sie den Transport von Nährstoffen gestatten und gleichzeitig langfristig stabil bleiben. „Diese Implantate sollen zudem Brechungsfehler mittels einer Kombination aus mechanischer Reaktion und refraktiver Abstimmung korrigieren“, fügt Marcos hinzu. Neben der Anfertigung wurden im Rahmen des Projekts auch umfangreiche Materialcharakterisierungen, Zellkulturstudien, laserbasierte Materialbearbeitung und präklinische Untersuchungen an Kaninchen durchgeführt. „Als Endziel gilt die klinische Umsetzung am Menschen“, teilt Marcos mit. „Das erfordert zusätzliche präklinische Arbeiten, gefolgt von Sicherheits- und Wirksamkeitsstudien.“
Die Sehkraft der europäischen Bürgerinnen und Bürger verbessern
Die Tests zeigten, dass die auf Seidenfibroin basierenden Hornhautverbände des Teams die Wundheilung der Hornhaut erheblich beschleunigen und ohne Nähte an der Hornhaut zu befestigen sind. Hornhauteinlagen mit hohem Seidenanteil zeichnen sich außerdem durch eine lange Verweildauer und sehr gute Biokompatibilität aus. Mithilfe modernster Laser konnte die Forschungsgruppe überdies konsistente und erhebliche Brechungsindexänderungen in ihren Seidenmembranen erzielen. Projektintern wurden auch optomechanische Bauformen und Hilfssysteme zur Anpassung von Intraokularlinsen weiterentwickelt. Marcos weist auf mehrere vielversprechende Aspekte der seidenbasierten Implantate hin, darunter die einfache Anfertigung, die geringeren finanziellen Kosten und die größere Nachhaltigkeit, da sie in der Umwelt auf natürliche Weise abgebaut werden. Das Team wird die Entwicklung der Implantate fortsetzen, wobei die Sicherheit und Wirksamkeit von Hornhautimplantaten in Zusammenarbeit mit Forscherinnen und Forschern der Universität Valladolid(öffnet in neuem Fenster) bewertet werden. Parallel dazu werden in gemeinsamer Arbeit mit Forschenden der University of Rochester(öffnet in neuem Fenster) in den USA laserinduzierte Brechungsindexänderungen in Seidenfibroinmaterialien untersucht, aus denen vollständig individuell angefertigte Brillengläser hervorgehen könnten. „Die Erkrankungen, auf die diese Implantate abzielen, sind ziemlich weit verbreitet“, erklärt Marcos. „Das lässt die potenziellen Auswirkungen alternativer, skalierbarer Behandlungsmethoden besonders bedeutsam erscheinen.“
