Flüssigkeiten und Sekrete des menschlichen Körpers enthalten Moleküle, die als bekannt sind Biomarker die eine große Menge an Informationen über die Gesundheit des Körpers und das Vorhandensein von Krankheiten enthalten. Unter den Sekreten gelten Tränen als beste Quelle für Biomarker mit ähnlichen Konzentrationen wie im Blut. Tränen sind auch steril, leicht verfügbar und weniger anfällig für die schädlichen Auswirkungen von Temperaturänderungen, Verdunstung und der Sekretionsrate.
Ein kollaboratives Team, zu dem auch eine Gruppe der Terasaki-Institut für biomedizinische Innovationhat eine Herstellungsmethode entwickelt, um alle Herausforderungen bei der Herstellung diagnostischer und therapeutischer Hydrogel-Kontaktlinsen für den Nachweis von Biomarkern zu bewältigen (Hier finden Sie die komplette Studie).
Die Bedeutung von Biomarkern
Nützliche und messbare Biomarker, die in Tränen gefunden werden, umfassen Natriumionen, nützliche Indikatoren für das Syndrom des trockenen Auges (betrifft 25% der Italiener) und die Glucosemoleküle, ein frühes Diagnosewerkzeug für Diabetes. Darüber hinaus kann die Tränen-pH-Messung verwendet werden, um die Lebensfähigkeit der Zellen, die Wirksamkeit von Medikamenten und Anzeichen von Krankheiten zu überprüfen.
Dafür ist die Fähigkeit, Tränen effektiv zu sammeln und deren pH-Wert und Biomarker-Werte in Echtzeit zu messen, sehr wichtig. Der vom Team des Terasaki-Instituts erforschte Ansatz basiert auf der Idee von Biosensoren, um diagnostische und therapeutische Kontaktlinsen zu erhalten. Solche Kontaktlinsen würden winzige Kanäle auf ihrer Oberfläche aufweisen, um den Tränenfluss in winzige Behälter zum Sammeln und Überwachen zu leiten. Intelligentes Objektiv mit beeindruckenden Fähigkeiten, um es kurz zu machen.
Diagnostische und therapeutische Kontaktlinsen: Hydrogelhypothese
Flexible und transparente Materialien, sogenannte Hydrogele, werden derzeit auch kommerziell zur Herstellung von Kontaktlinsen verwendet. Sie sind einfach zu handhaben und erschwinglich. Bisher haben sie sich jedoch nicht als ideale Materialien für die Modellierung von Kanälen und Tanks erwiesen, da sie empfindlich auf die erforderlichen Herstellungstechniken reagieren.
In früheren Studien hatten Hydrogele weniger Glück. Sie waren anfällig für Verformungen durch Lösungsmittel oder die Temperatur- und Vakuumbedingungen, die für einige Herstellungsverfahren erforderlich sind. Andere Verfahren haben Hydrogelkanäle mit rauen Oberflächen oder ungleichmäßigen Größen erzeugt.
Forschung
Das Team begann mit der Optimierung der Komponenten des Hydrogels, um elastische Eigenschaften zu erreichen, die es ihnen ermöglichten, es in verschiedene Formen mit einem glatten Oberflächenprofil zu bringen. Später modellierten sie mithilfe einer 3D-gedruckten Form Mikrokanäle im Hydrogel. Der letzte Schritt im Herstellungsprozess bestand darin, die Hydrogelkanäle zu sammeln, indem eine zusätzliche Hydrogelschicht an die Oberfläche des Mikrokanals gebunden wurde.
Nach der Fertigstellung wurde der Prototyp ausgiebig beim Fördern und Sammeln von Flüssigkeiten getestet. Das Ausmaß von (künstlichen) Rissen in den Kanälen wurde bei verschiedenen Hydratationsniveaus gemessen. Beachten Sie auch, dass, wenn das Hydrogel leicht dehydriert war, der Flüssigkeitsfluss in den Kanälen aufhörte, aber wenn zusätzlicher rhythmischer Druck ausgeübt wurde, der Fluss wieder aufgenommen wurde. Dies war eine wichtige Demonstration, die die Hypothese stützte, dass das Blinzeln auch den notwendigen Druck und zusätzliche Hydratation bereitstellen würde, um den Tränenfluss in die Kontaktlinse und damit in das Auge zu fördern.
Neben der erfolgreichen Herstellung von Hydrogel-Mikrokanälen für kommerzielle diagnostische und therapeutische Kontaktlinsen fanden wir auch heraus, dass der Blinzeldruck den Tränenaustausch in der Linse durch diese Mikrokanäle erleichtern kann. Dies ist eine aufregende Entdeckung. Und es ebnet den Weg zur Vorbeugung des Trockenen Auges, einer Erkrankung, die häufig bei Kontaktlinsenträgern auftritt. Unser Ziel ist es, eine proprietäre Kontaktlinse zu entwickeln, die diesen Zustand aktiv behandelt, indem sie den Tränenfluss im Auge verbessert.
Shiming Zhang, Ph.D., Forschungsteam des Terasaki Institute
Mögliche Anwendungen neuer diagnostischer und therapeutischer Kontaktlinsen
"Die Produktion des hier beschriebenen erfolgreichen Prototyps und die Bemühungen, seine Fähigkeiten zu verfeinern, markieren einen bedeutenden Fortschritt in der Kontaktlinsen-Biosensorik." Zu sagen, es ist Ali Khademhosseini, Ph.D., Direktor und CEO des Terasaki-Instituts. "Diese bahnbrechende Arbeit passt gut zur Mission unseres Instituts, Lösungen zu entwickeln, die die Gesundheit der Menschen wiederherstellen oder verbessern."
