Cel mai avansat tip de ochi artificial implantat pe un cip are o pleoapă mecanică pentru a simula clipirea şi a fost folosit pentru a testa un medicament experimental pentru boala ochilor uscaţi.
Prin încorporarea celulelor umane într-un schelet artificial ochiul artificial prezintă multe din carecteristicile ochiului viu şi oferă posibilitatea testării medicamentelor reducând în acelaşi timp riscurile şi preocupările etice.
Nouă replică artificială a ochiului uman a fost construită în laboratorul Penn Engineering.
Persoanele care petrec opt sau mai multe ore pe zi cu ochii pe ecranul computerului pot simţi că ochii devin obosiţi sau uscaţi şi dacă aceste simptome sunt destul de severe, în cele din urmă pot dezvolta boala ochilor uscaţi. Deşi boala ochilor uscaţi este destul de comună există puţine opţiuni de tratament aprobate de FDA parţial din cauza dificultăţilor de replicare a fiziopatologiei complexe din ochii oamenilor.
Acest ochi dezvoltat pe un cip este completat cu o pleoapă care clipeşte şi poate ajuta astfel oamenii de ştiinţă şi producătorii de medicamente să-şi îmbunătăţească înţelegerea şi tratamentele pentru diverse patologii oculare.
Studiul a fost condus de Dan Huh, profesor asociat la Departamentul de Bioinginerie al Universităţii din Pennsylvania într-un laborator specializat în crearea de organe pe cip care imită organele umane, inclusiv copiile unor plămâni şi a măduvei osoase lansate în spaţiu în luna mai pentru a studia boala astronautului.
În acest studiu, cercetătorii s-au concentrat pe realizarea unui model de ochi care ar putea imita un ochi sănătos şi un ochi cu boala ochilor uscaţi, permiţându-le să testeze un medicament experimental fără riscul de daune.
Pentru construi ochiul artificial coordonat de un cip echipa a realizat pentru început un schelet poros realizat prin imprimare 3D, de dimensiunea unei monede de 10 cenţi şi forma unei lentile de contact pe care au crescut celulele ochilor umani.
Celulele corneei au fost crescute pe cercul interior al schelei, iar celulele conjunctive care alcătuiec ţesutul specializat care acoperă partea albă a ochilor umani, au fost crescute pe cercul exterior al schelei.
O placă de gelatină acţionează ca pleoapă, alunecând mecanic peste ochi în acelaşi ritm cu clipirea naturală. Ochiul artificial este hrănit printr-o conductă lacrimogenă, iar pleoapa artificială întinde secreţiile lacrimale artificiale peste ochi, pentru a formă ceea ce se numeşte un film lacrimal.
"Din punct de vedere al ingineriei, am considerat că este interesant să ne gândim la posibilitatea de a imita mediul dinamic al unui ochi uman care clipeşte intermitent. Aceasta a fost o caracteristică cheie a suprafeţei oculare pe care am dorit să o imităm în dispozitivul nostru ", a afirmat Huh, citat de sciencedaily.com.
Clipirea serveşte la răspândirea lacrimilor şi la generarea unui film subţire care menţine suprafaţa oculară hidratată. De asemenea, ajută la formarea unei suprafeţe refractare netede pentru transmiterea luminii.
La persoanele cu boala ochilor uscaţi, pelicula lacrimogenă se evaporă mai repede decât se reface, ceea ce duce la inflamaţii şi iritaţii. O cauză comună a bolii ochilor uscaţi este reducerea clipirii care apare în timpul utilizării excesive a computerului, dar oamenii pot dezvolta boala şi din alte motive.
Boala ochilor uscaţi afectează aproximativ 14% din populaţia lumii, dar a fost extrem de dificil ca cercetătorii să dezvolte noi tratamente. Doar din 2010 şi până acum au existat 200 de studii clinice eşuate şi doar două medicamente sunt disponibile în prezent.
Înainte de a începe un proces de testare a medicamentelor, echipa a trebuit să se asigure că modelul lor ar putea imita într-adevăr condiţiile bolii ochilor uscaţi.
"Iniţial, ne-am gândit că modelarea bolii ochilor uscaţi va fi la fel de simplă ca păstrarea unui mediu de cultură uscat. Dar, după cum se dovedeşte, boala este una multifactorială incredibil de complexă, cu o varietate de subtipuri. Indiferent de tip, însă, există două mecanisme de bază care stau la baza dezvoltării şi progresiei bolii. În primul rând, pe măsură ce apa se evaporă din filmul lacrimal, concentraţia de sare creşte dramatic, rezultând o hiperosmolaritate a lacrimilor. Şi în al doilea rând prin evaporarea crescută a lacrimilor , filmul lacrimogen devine mai subţire şi adesea se rupe prematur, afecţiunea este denumită instabilitatea filmului lacrimogen" a mai precizat Huh.
Pentru a replica condiţiile bolii ochilor uscaţi cercetătorii au redus la jumătate clipirea artificială a dispozitivului.
Când au comparat modelele artificiale ale ochiului sănătos şi ochiului uscat cu ochii umani echivalenţi, modelele de laborator au dovedit asemănarea cu organul real pentru mai mulţi parametrii clinici.
Ochiul coordonat de cip a imitat performanţele reale ale ochilor într-o bandă Schirmer, care testează producţia de lichide, într-un test de osmolaritate, care are în vedere conţinutul de sare în lacrimi şi într-un test de keratografie, care evaluează timpul necesar pentru ca un film lacrimogen să se rupă.
