Lo studio del moto browniano mostra che le lacrime reali sono più viscose di quelle artificiali – Physics World

Lo studio del moto browniano mostra che le lacrime reali sono più viscose di quelle artificiali – Physics World

Timestamp: 11 agosto 2023 8:00

Foto ravvicinata dell'occhio di una persona con le lacrime all'interno
(Per gentile concessione: iStock/leonovo)

I ricercatori dell'Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU), in Spagna, hanno gettato nuova luce sul comportamento viscoelastico delle lacrime umane, dimostrando che le lacrime vere sono molto più complesse delle lacrime artificiali e dei colliri usati per sostituirle. Il lavoro potrebbe aiutare i medici a comprendere meglio condizioni come la sindrome dell'occhio secco e potrebbe aiutare lo sviluppo di trattamenti personalizzati.

Nello studio, i ricercatori hanno monitorato il moto browniano di particelle di dimensioni micron in lacrime umane sane. Per tracciare questo movimento, hanno esaminato il modo in cui la luce si riflette sulle particelle, una tecnica nota come diffusione dinamica della luce. Da questi dati hanno ottenuto informazioni sulla viscosità del liquido (la velocità con cui scorre), nonché sulla sua elasticità e stabilità. Hanno anche studiato il comportamento del liquido sotto sollecitazioni come quelle causate dall'ammiccamento degli occhi.

Il team ha scoperto che le proprietà viscoelastiche delle lacrime umane dipendono dalla concentrazione e dalla dimensione delle molecole di acido ialuronico al loro interno. La viscosità delle lacrime umane è superiore del 50% a quella dell'acqua pura e paragonabile a quella delle lacrime artificiali contenenti lo 0.1% di acido ialuronico.

Applicabile ad altri biofluidi

I ricercatori hanno lavorato a questo progetto presso l'Istituto di struttura della materia (IEM-CSIC) di Madrid negli ultimi due anni e hanno utilizzato per la prima volta la diffusione dinamica della luce in un precedente studio coinvolgendo particelle di polistirene in soluzioni acquose. “L'ispirazione per il presente progetto è emersa durante una presentazione sulla tecnica al POLIMAT centro di San Sebastian", spiega Juan F. Vega, l'autore principale del presente studio e membro del gruppo di oftalmo-biologia sperimentale presso UPV/EHU. “È stato durante questo evento che ho avuto l'opportunità di entrare in contatto con ricercatori in oftalmologia che hanno espresso un vivo interesse per lo studio delle proprietà delle lacrime artificiali e umane. Insieme alla mia collega Arantxa Acera, abbiamo quindi deciso di avviare uno sforzo di collaborazione”.

diffusione dinamica della luce (DLS) per studiare i liquidi illuminando la luce per disperdere le particelle sospese e metodi reologici che misurano la viscosità e la tolleranza allo stress dei liquidi
Lo studio dei volumi di liquidi su microscala, come lacrime e colliri, richiede nuovi metodi. Gli autori hanno combinato due metodi comunemente usati e adattati li applicano alla microscala: diffusione dinamica della luce (DLS) per studiare i liquidi illuminando la luce per disperdere le particelle sospese e metodi reologici che misurano la viscosità e la tolleranza allo stress dei liquidi creando un flusso sotto geometrie diverse come piastre o coni. Per gentile concessione: Juan F. Vega e Itxaso Calafel

Secondo Vega, la stessa tecnica potrebbe anche aiutare i ricercatori a comprendere altri materiali. "Utilizzando questa tecnica per esplorare le proprietà e i comportamenti delle lacrime, possiamo ampliare la nostra conoscenza fondamentale dei biofluidi in generale", afferma. "Questo può portare a una comprensione più profonda delle complessità e delle dinamiche dei fluidi biologici, aprendo strade per la ricerca e progressi in vari campi oltre l'oftalmologia, come biomateriali, sistemi di somministrazione di farmaci e processi fisiologici".

Ad esempio, Vega afferma che la ricerca potrebbe aiutare gli scienziati a sviluppare colliri con le giuste proprietà di stabilità, lubrificazione e idratazione per la patologia o condizione oculare di un paziente. "In definitiva, questo lavoro mira a migliorare il comfort e il benessere delle persone che manifestano sintomi come quelli associati alla sindrome dell'occhio secco", afferma.

Migliorare le lacrime artificiali

I membri del team UPV/EHU si concentreranno su due aree chiave della ricerca futura. Il primo è esplorare formulazioni più complesse di lacrime artificiali commerciali. "Analizzando questi liquidi in dettaglio, miriamo a ottenere una comprensione completa della loro composizione e di come interagiscono con l'ambiente oculare", dice Vega Mondo della fisica. "Tali studi ci forniranno preziose informazioni sull'efficacia e sui limiti di questi prodotti e ci consentiranno di identificare le aree di miglioramento e ottimizzazione".

Una volta comprese le proprietà e le carenze delle lacrime artificiali commerciali, aggiunge, il passo successivo sarà progettare nuovi "imitatori" di lacrime formulati in laboratorio con proprietà più simili a quelle delle lacrime sane.

Il presente lavoro è dettagliato in Fisica dei fluidi.

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