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La córnea artificial imita la contraparte natural
Millones de personas en todo el mundo están ciegas debido a una enfermedad o daño de la córnea. Con la esperanza de que los trasplantes de córnea estén más disponibles, los investigadores han diseñado una córnea artificial hecha de un polímero lleno de agua que se parece mucho a la córnea natural del ojo. En comparación con las córneas artificiales existentes comercialmente disponibles, el nuevo implante podría reducir la probabilidad de infección y otras complicaciones que surgen de la cirugía.
Ver con claridad: Esta córnea artificial a base de hidrogel desarrollada por investigadores de la Universidad de Stanford contiene poros microscópicos que se modelaron mediante fotolitografía. Una vez implantadas en un paciente, las células migran a través de los poros y ayudan a integrar la córnea artificial con el tejido circundante.
Aproximadamente 40.000 pacientes se someten a cirugía de trasplante de córnea en los Estados Unidos cada año. La gran mayoría de estas personas reciben una córnea de reemplazo de un donante humano. Aunque la cirugía tiene una alta tasa de éxito, el suministro de tejido del donante es limitado y las listas de espera pueden ser largas. En el mundo en desarrollo, el acceso al tejido de los donantes es aún más difícil. Y, sin embargo, la mayoría de los casos de ceguera corneal se encuentran en países en desarrollo, dice Tueng Shen , experto en córnea y cirugía refractiva del Centro Médico de la Universidad de Washington, en Seattle.
Para superar este problema, los investigadores han estado desarrollando córneas artificiales utilizando materiales sintéticos. El más exitoso de estos hasta la fecha es la queratoprótesis Dolhman-Doane, que recibió la aprobación de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. En 1992 y se ha utilizado en cientos de pacientes. Consiste en un núcleo de plástico duro y transparente rodeado por tejido de un donante humano para ayudar a unir la córnea al ojo.
Sin embargo, debido a que el implante es propenso a infecciones y otras complicaciones, los pacientes deben tomar antibióticos de por vida. Como resultado, la córnea artificial se usa solo como último recurso en pacientes que han rechazado repetidamente tejido de un donante natural o que de otra manera no son elegibles para dicha cirugía de trasplante.
En lugar de utilizar plástico duro, el ingeniero químico de la Universidad de Stanford Curtis Frank y el ex estudiante de posgrado David Myung han creado una córnea artificial basada en un hidrogel blando. El gel hinchado por agua está hecho de una malla de dos redes de polímeros. La primera red está hecha de polietilenglicol, la segunda de ácido poliacrílico. Es como llenar los agujeros de la esponja con un segundo material, dice Frank. No se puede separar uno del otro. Se entrelazan inextricablemente.
El material transparente resultante es mecánicamente robusto, a pesar de ser un 80 por ciento de agua. El alto contenido de agua, explica el oftalmólogo de Stanford Christopher Ta , es fundamental para permitir que la glucosa y otros nutrientes se difundan a través de la córnea y estimulen el crecimiento de células epiteliales en la superficie del implante. Creemos que esto es importante para minimizar el riesgo de infección, dice Ta. En la córnea natural, la capa epitelial es muy importante para la protección.
Por ejemplo, un tipo de córnea artificial que se comercializa actualmente con el nombre de AlphaCor también se basa en un hidrogel. Sin embargo, el material contiene solo la mitad de la cantidad de agua que el implante Stanford. Como resultado, no puede apoyar el crecimiento de células epiteliales, lo que muchos investigadores dicen que podría explicar la alta tasa de fallas de AlphaCor.
Debido a que el hidrogel de Stanford es inerte, las células normalmente no se adhieren a él. Entonces, con la ayuda del bioingeniero de Stanford Jennifer Cochran , los investigadores idearon una forma de atar colágeno a la superficie de la córnea artificial. El colágeno, a su vez, se une a las células epiteliales. Cochran está trabajando para incorporar factores de crecimiento y otros componentes del entorno natural de la célula en el material.
Usando fotolitografía, el equipo de Frank también puede crear patrones de poros microscópicos alrededor de los bordes del implante. De esa manera, dice, cuando la córnea se implanta en el ojo del paciente, las células migrarán a través de los poros, anclarán la córnea y ayudarán a integrar el material con el tejido nativo. Esto también reducirá la cantidad de suturas necesarias para mantener la córnea artificial en su lugar, dice Frank.
Shen, que no participó en el esfuerzo de Stanford, dice que el desarrollo de nuevas córneas artificiales será importante para resolver un problema de salud crítico. Sin embargo, se pregunta si el diseño de estos nuevos implantes es adecuado para su uso en el mundo en desarrollo. Por ejemplo, los implantes a base de hidrogel pueden requerir una cirugía relativamente complicada. Eso podría ser difícil en términos de capacitar cirujanos en el extranjero, dice Shen. También le preocupa el costo potencialmente alto de los materiales, si se pueden aplicar a grandes poblaciones y si requerirán mucha atención de seguimiento.
Hasta ahora, el grupo de Stanford ha demostrado que la difusión de glucosa a través del material es igual a la de la córnea humana, y los estudios preliminares en conejos muestran que los implantes pueden apoyar el crecimiento de células epiteliales. Los investigadores dicen que aún faltan varios años para realizar estudios en pacientes humanos.