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 die 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 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. Zusätzlich kann die Tränen-pH-Messung verwendet werden, um die Lebensfähigkeit der Zellen, die Wirksamkeit des Arzneimittels und Anzeichen einer Krankheit zu überprüfen.
Dafür ist die Fähigkeit, Tränen effektiv zu sammeln und ihren pH-Wert und ihre Biomarkerwerte in Echtzeit zu messen, sehr wichtig. Der vom Team des Terasaki-Instituts untersuchte Ansatz basiert auf der Idee von Biosensoren, um diagnostische und therapeutische Kontaktlinsen zu erhalten. Solche Kontaktlinsen würden winzige Kanäle auf ihrer Oberfläche enthalten, um den Tränenfluss in winzige Reservoire zur Sammlung und Überwachung 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 optimierte zunächst die Komponenten des Hydrogels, um elastische Eigenschaften zu erzielen, die es ihnen ermöglichen würden, es in verschiedene Formen mit einem glatten Oberflächenprofil zu bringen. Sie modellierten später Mikrokanäle im Hydrogel unter Verwendung einer 3D-gedruckten Form. Der letzte Schritt im Herstellungsprozess bestand darin, die Hydrogelkanäle durch Verbinden einer zusätzlichen Hydrogelschicht mit der Oberfläche des Mikrokanals zu sammeln.
Nach Fertigstellung wurde der Prototyp ausgiebig auf das Fördern und Sammeln von Flüssigkeiten getestet. Das Ausmaß der (künstlichen) Risse in den Kanälen wurde bei verschiedenen Hydratationsniveaus gemessen. Es ist auch zu beachten, dass, wenn das Hydrogel leicht dehydriert war, der Flüssigkeitsfluss in den Kanälen gestoppt wurde, aber wenn zusätzlicher rhythmischer Druck angewendet wurde, der Fluss wieder aufgenommen wurde. Dies war eine wichtige Demonstration, die die Hypothese stützte, dass das Blinken auch den notwendigen Druck und zusätzliche Feuchtigkeit liefert, um den Tränenfluss in die Kontaktlinse und damit in das Auge zu fördern.
Zusätzlich zur erfolgreichen Herstellung von Hydrogel-Mikrokanälen für kommerzielle diagnostische und therapeutische Kontaktlinsen haben wir auch festgestellt, dass der Blinkdruck den Tränenaustausch in der Linse durch diese Mikrokanäle erleichtern kann. Dies ist eine aufregende Entdeckung. Und es ebnet den Weg zur Vorbeugung von Erkrankungen des trockenen Auges, eine Erkrankung, die häufig bei Kontaktlinsenträgern auftritt. Wir wollen eine proprietäre Kontaktlinse entwickeln, die diesen Zustand aktiv behandelt, indem sie den Tränenfluss im Auge verbessert.
Shiming Zhang, Ph.D., Forschungsteam des Terasaki-Instituts
Mögliche Anwendungen neuer diagnostischer und therapeutischer Kontaktlinsen
"Die Produktion des hier beschriebenen erfolgreichen Prototyps und die Bemühungen, seine Fähigkeiten zu verfeinern, markieren bedeutende Fortschritte bei der Kontaktlinsen-Biosensorik." Zu sagen ist es Ali Khademhosseini, Ph.D., Direktor und CEO des Terasaki-Instituts. "Diese innovative Arbeit passt gut zu der Mission unseres Instituts, Lösungen zu entwickeln, die die Gesundheit der Menschen wiederherstellen oder verbessern."
