Ein Team in Schweden, Iran und Indien hat eine neue Methode zur Herstellung künstlicher Hornhäute aus einem gereinigten Nebenprodukt der Lebensmittelindustrie entwickelt. Die Forscher wurden geleitet von Mehrdad Rafat bei LinkoCare Life Sciences und der Universität Linköping. Sie zeigten, dass ihre Implantate stark und widerstandsfähig gegen Zersetzung waren und das Sehvermögen der Patienten durch minimalinvasive Chirurgie vollständig wiederherstellen konnten.
Die Hornhaut ist eine transparente, kuppelförmige Schicht an der Vorderseite des Auges, die für die Fokussierung des durch die Pupille einfallenden Lichts verantwortlich ist. Wenn seine Struktur beschädigt oder krank wird, führt der daraus resultierende Verlust an Transparenz und Brechungsfähigkeit oft zur Erblindung.
Schätzungen zufolge sind weltweit etwa 12.7 Millionen Menschen von diesen Defekten betroffen. Jedes Jahr treten eine Million neue Fälle auf, und davon sind Menschen in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen überproportional betroffen. Obwohl diese Erkrankungen durch Transplantationen behandelt werden können, steht derzeit nur eine Hornhaut für jeweils 70 Patienten, die sie benötigen, zur Verfügung, sodass ein dringender Bedarf an einem verbesserten Zugang besteht.
Starre, transparente Strukturen
Hornhäute bestehen hauptsächlich aus Kollagen. Hierbei handelt es sich um ein Protein aus starken Molekülfasern mit einem Durchmesser von jeweils knapp 100 nm. Durch die Bildung starker chemischer Bindungen oder „Vernetzungen“ mit benachbarten Fasern packen sie sich eng zusammen und bilden starre, transparente Strukturen.
In einer früheren Studie zielte Rafats Team darauf ab, diese Vernetzungen mithilfe von losem menschlichem Kollagen wiederherzustellen. Dieser Ansatz hat jedoch Nachteile. Die Implantate konnten nur in kleinen Mengen hergestellt werden, waren mechanisch schwach, zerfielen schnell und konnten nur mit invasiven chirurgischen Eingriffen implantiert werden, deren Heilung lange dauerte.
In ihrer neuesten Studie gingen die Forscher diese Einschränkungen mit medizinischem Kollagen aus Schweinehaut an, einem gereinigten Nebenprodukt der Lebensmittelindustrie. Zur Behandlung dieses losen Kollagens verwendeten sie eine Kombination aus chemischen und photochemischen Techniken, um robuste Vernetzungen zwischen den Fasern herzustellen.
Stark und stabil
Ihr Ansatz verbesserte die Festigkeit, Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Zersetzung, ohne seine Fähigkeit, sichtbares Licht durchzulassen und zu brechen, zu beeinträchtigen. Dadurch konnten die künstlichen Hornhäute bis zu zwei Jahre gelagert werden, bevor sie implantiert wurden. Dadurch bleibt genügend Zeit, die Hornhäute in weniger entwickelte Regionen zu transportieren, wo die Nachfrage oft am höchsten ist. Darüber hinaus könnte das Implantat durch einen kleinen Einschnitt in die vorhandene Hornhaut des Patienten eingesetzt werden, wodurch der Eingriff weitaus weniger invasiv wäre.
Klebriges Biomaterial könnte Hornhautverletzungen bei Patienten reparieren
Nach ersten Tests wurde die Technik von Chirurgen im Iran und in Indien umgesetzt, die das behandelte Kollagen in die Augen von 20 Patienten mit erkrankter oder beschädigter Hornhaut implantierten. In den nächsten zwei Jahren berichtete kein einziger Patient über Nebenwirkungen der Operation. Die Implantate wurden nicht nur von ihrem Körper gut angenommen, sie hatten auch die normale Dicke und Krümmung ihrer Hornhaut wiederhergestellt.
Nach zwei Jahren waren alle 14 Patienten, die vor der Operation vollständig erblindet waren, vollständig geheilt und drei hatten sogar eine perfekte Sehfähigkeit von 20/20. Basierend auf diesem Erfolg hofft Rafats Team, dass der neue Ansatz zu einem Durchbruch bei den Behandlungsmöglichkeiten für die vielen Menschen führen könnte, die dringend neue Hornhäute benötigen – und so Millionen von Menschen in Entwicklungsländern das Sehvermögen wiederherstellen könnte.
Die Forschung ist beschrieben in Nature Biotechnology.
