Brownsche Bewegungsstudie zeigt, dass echte Tränen viskoser sind als künstliche – Physics World

Brownsche Bewegungsstudie zeigt, dass echte Tränen viskoser sind als künstliche – Physics World

Zeitstempel: 11. August 2023, 8:00 Uhr

Nahaufnahme des Auges einer Person mit Tränen darin
(Mit freundlicher Genehmigung von iStock/leonovo)

Forscher der Universität des Baskenlandes (UPV/EHU) in Spanien haben neues Licht auf das viskoelastische Verhalten menschlicher Tränen geworfen und gezeigt, dass echte Tränen viel komplexer sind als die künstlichen Tränen und Augentropfen, die als Ersatz verwendet werden. Die Arbeit könnte Ärzten dabei helfen, Erkrankungen wie das Syndrom des trockenen Auges besser zu verstehen und möglicherweise bei der Entwicklung maßgeschneiderter Behandlungen zu helfen.

In der Studie überwachten die Forscher die Brownsche Bewegung mikrometergroßer Partikel in gesunden menschlichen Tränen. Um diese Bewegung zu verfolgen, untersuchten sie, wie das Licht von den Partikeln reflektiert wird – eine Technik, die als dynamische Lichtstreuung bekannt ist. Aus diesen Daten erhielten sie Informationen über die Viskosität (die Fließgeschwindigkeit) der Flüssigkeit sowie über ihre Elastizität und Stabilität. Sie untersuchten auch das Verhalten der Flüssigkeit unter Belastungen, wie sie beispielsweise durch Blinzeln entstehen.

Das Team fand heraus, dass die viskoelastischen Eigenschaften der menschlichen Tränen von der Konzentration und Größe der darin enthaltenen Hyaluronsäuremoleküle abhängen. Die Viskosität menschlicher Tränen ist 50 % höher als die von reinem Wasser und vergleichbar mit der von künstlichen Tränen mit 0.1 % Hyaluronsäure.

Anwendbar auf andere Bioflüssigkeiten

Die Forscher arbeiten seit zwei Jahren am Institut für Struktur der Materie (IEM-CSIC) in Madrid an diesem Projekt und haben in einem früheren Projekt erstmals dynamische Lichtstreuung eingesetzt Studie Beteiligung von Polystyrolpartikeln in wässrigen Lösungen. „Die Inspiration für das vorliegende Projekt entstand während einer Präsentation der Technik im POLYMAT Zentrum in San Sebastian“, erklärt Juan F. Vega, der Hauptautor der vorliegenden Studie und Mitglied der experimentelle Ophthalmobiologie-Gruppe am UPV/EHU. „Während dieser Veranstaltung hatte ich die Gelegenheit, mit Forschern der Augenheilkunde in Kontakt zu treten, die großes Interesse an der Untersuchung der Eigenschaften künstlicher und menschlicher Tränen bekundeten. Gemeinsam mit meiner Kollegin Arantxa Acera haben wir daher beschlossen, eine Zusammenarbeit zu initiieren.“

Dynamische Lichtstreuung (DLS) zur Untersuchung von Flüssigkeiten durch Aufstrahlen von Licht, um die suspendierten Partikel abzustreuen, und rheologische Methoden, die die Viskosität und Stresstoleranz von Flüssigkeiten messen
Die Untersuchung von Flüssigkeitsvolumina im Mikromaßstab, etwa von Tränen und Augentropfen, erfordert neue Methoden. Die Autoren kombinierten zwei häufig verwendete Methoden und wendeten sie auf die Mikroskala an: dynamische Lichtstreuung (DLS) zur Untersuchung von Flüssigkeiten, indem sie Licht auf die suspendierten Partikel streuen, und rheologische Methoden, die die Viskosität und Stresstoleranz von Flüssigkeiten messen, indem sie eine Unterströmung erzeugen unterschiedliche Geometrien wie Platten oder Kegel. Mit freundlicher Genehmigung von Juan F. Vega und Itxaso Calafel

Laut Vega könnte die gleiche Technik Forschern auch dabei helfen, andere Materialien zu verstehen. „Indem wir diese Technik zur Erforschung der Eigenschaften und Verhaltensweisen von Tränen nutzen, können wir unser grundlegendes Wissen über Bioflüssigkeiten im Allgemeinen erweitern“, sagt er. „Dies kann zu einem tieferen Verständnis der Komplexität und Dynamik biologischer Flüssigkeiten führen und Möglichkeiten für Forschung und Fortschritte in verschiedenen Bereichen über die Augenheilkunde hinaus eröffnen, wie etwa Biomaterialien, Arzneimittelabgabesysteme und physiologische Prozesse.“

Als Beispiel sagt Vega, dass die Forschung Wissenschaftlern helfen könnte, Augentropfen mit der richtigen Stabilität, den richtigen Schmier- und Feuchtigkeitseigenschaften für die Augenpathologie oder den Augenzustand eines Patienten zu entwickeln. „Letztendlich zielt diese Arbeit darauf ab, den Komfort und das Wohlbefinden von Personen zu verbessern, die unter Symptomen wie denen des Trockenen Auges leiden“, sagt er.

Verbesserung künstlicher Tränen

Die Mitglieder des UPV/EHU-Teams werden sich auf zwei Schlüsselbereiche zukünftiger Forschung konzentrieren. Die erste besteht darin, komplexere Formulierungen kommerzieller künstlicher Tränen zu erforschen. „Durch die detaillierte Analyse dieser Flüssigkeiten wollen wir ein umfassendes Verständnis ihrer Zusammensetzung und ihrer Wechselwirkung mit der Augenumgebung gewinnen“, erklärt Vega Physik-Welt. „Solche Studien werden uns wertvolle Einblicke in die Wirksamkeit und Grenzen dieser Produkte liefern und es uns ermöglichen, Bereiche für Verbesserungen und Optimierungen zu identifizieren.“

Sobald sie die Eigenschaften und Mängel kommerzieller künstlicher Tränen verstanden haben, fügt er hinzu, werde der nächste Schritt darin bestehen, neue, im Labor formulierte „Nachahmungen“ von Tränen zu entwickeln, deren Eigenschaften denen gesunder Tränen ähnlicher seien.

Die vorliegende Arbeit ist detailliert in Physik der Flüssigkeiten.

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