Heilende Kraft des Lichts: Forschende entwickeln eine klare Vision für die Hornhautreparatur

Eine kanadische Studie zeigt, dass biomimetische Materialien, die mit niederenergetischem blauem Licht gepulst werden, geschädigte Hornhäute neu formen und das Gewebe verdicken können.

Ein injizierbares Biomaterial, das durch Impulse von niederenergetischem blauem Licht aktiviert wird, hat ein enormes Potenzial für die sofortige Reparatur der gewölbten äußeren Schicht des Auges. Das fand ein Team von Forschern der University of Ottawa und ihre Mitarbeiter heraus und veröffentlichte seine Ergebnisse im Fachjournal „Advanced Functional Materials“.

Geleitet von biomimetischem Design – Innovationen, die von der Natur inspiriert sind – zeigen die Ergebnisse der multidisziplinären Forscher, dass ein neuartiges, lichtaktiviertes Material verwendet werden kann, um geschädigtes Hornhautgewebe effektiv umzuformen und zu verdicken und so die Heilung und Genesung zu fördern.

Diese Technologie könnte die Hornhautreparatur grundlegend verändern. Weltweit leiden mehrere Millionen Menschen an Hornhauterkrankungen, und nur ein kleiner Teil kommt für eine Hornhauttransplantation in Frage. Transplantationsoperationen sind der derzeitige Goldstandard für Erkrankungen, die zu einer Ausdünnung der Hornhaut führen, wie zum Beispiel bei Keratokonus.

„Unsere Technologie ist ein Sprung auf dem Gebiet der Hornhautreparatur. Wir sind zuversichtlich, dass dies eine praktische Lösung für die Behandlung von Patienten sein könnte, die an Krankheiten leiden, die sich negativ auf die Form und Geometrie der Hornhaut auswirken, einschließlich Keratokonus“, sagt Dr. Emilio Alarcon, außerordentlicher Professor an der medizinischen Fakultät der Universität Ottawa und Forscher in der Gruppe BioEngineering and Therapeutic Solutions (BEaTS) am University of Ottawa Heart Institute.

Die von dem Team entwickelten und getesteten Biomaterialien bestehen aus kurzen Peptiden und natürlich vorkommenden Polymeren, so genannten Glykosaminoglykanen. In Form einer viskosen Flüssigkeit wird das Material in das Hornhautgewebe injiziert, nachdem chirurgisch eine winzige Tasche geschaffen wurde. Bei der Bestrahlung mit niederenergetischem blauem Licht härtet das injizierte Hydrogel auf Peptidbasis aus und bildet innerhalb von Minuten eine gewebeartige 3-D-Struktur. Laut Alarcon wird daraus ein transparentes Material mit ähnlichen Eigenschaften, wie sie in Schweinehornhäuten gemessen wurden.

In-vivo-Versuche an einem Rattenmodell zeigten, dass das lichtaktivierte Hydrogel die Hornhaut ohne Nebenwirkungen verdicken kann. Das Forscherteam, das eine wesentlich geringere Blaulichtdosis als in anderen Studien verwendete, testete die Technologie auch erfolgreich in einem Ex-vivo-Modell der Schweinehornhaut. Vor klinischen Versuchen am Menschen sind Tests an großen Tiermodellen erforderlich.

„Unser Material wurde so entwickelt, dass es die Energie des blauen Lichts nutzt, um an Ort und Stelle eine hornhautähnliche Struktur zu bilden. Unsere kumulativen Daten deuten darauf hin, dass die Materialien nicht toxisch sind und in einem Tiermodell mehrere Wochen lang bestehen bleiben. Wir gehen davon aus, dass unser Material auch in menschlicher Hornhaut stabil und ungiftig sein wird“, sagt Alarcon, dessen Ottawa-Labor sich auf die Entwicklung neuer Materialien mit regenerativen Fähigkeiten für Herz-, Haut- und Hornhautgewebe konzentriert.

Es dauerte über sieben Jahre, bis die Forschungsergebnisse veröffentlicht werden konnten.

„Wir mussten alle Komponenten der Technologie entwickeln, von der Lichtquelle bis zu den in der Studie verwendeten Molekülen. Die Technologie wurde so entwickelt, dass sie klinisch übertragbar ist, das heißt alle Komponenten müssen so konzipiert sein, dass sie letztlich unter Einhaltung strenger Sterilitätsstandards hergestellt werden können“, sagt Alarcon.

Die Forschungsergebnisse sind auch Gegenstand einer Patentanmeldung, über deren Lizenzierung derzeit verhandelt wird.

Alarcon war der Hauptautor der Studie und leitete den Materialdesign-Aspekt der Forschung, während Dr. Marcelo Muñoz und Aidan MacAdam von der Universität Ottawa eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der neuen Technologie spielten. Zu den interdisziplinären Mitarbeitern gehörten die Wissenschaftler der Université de Montréal, Dr. May Griffith, eine Expertin für Hornhautregeneration, und Dr. Isabelle Brunette, eine Expertin für Augenheilkunde und Hornhauttransplantation.

Das Projekt wurde durch ein Stipendium der Collaborative Health Research Projects, ein NSERC Discovery Grant, die Regierung von Ontario und das University of Ottawa Heart Institute unterstützt.