Ingeniører opfinder en ikke -invasiv teknik til at korrigere synet

Nærsynethed, eller nærsynethed, er et stigende problem rundt om i verden. Der er nu dobbelt så mange mennesker i USA og Europa med denne tilstand som for 50 år siden. I Østasien, 70 til 90 procent af teenagere og unge voksne er nærsynede. Efter nogle skøn, omkring 2,5 milliarder mennesker over hele kloden kan blive ramt af nærsynethed inden 2020.

Briller og kontaktlinser er enkle løsninger; en mere permanent er hornhindens brydningskirurgi. Men, mens kirurgi til synskorrektion har en relativt høj succesrate, det er en invasiv procedure, udsat for post-kirurgiske komplikationer, og i sjældne tilfælde permanent synstab. Ud over, laser-assisteret synskorrektion, såsom laser in situ keratomileusis (LASIK) og fotorefraktiv keratektomi (PRK) anvender stadig ablativ teknologi, som kan tynde og i nogle tilfælde svække hornhinden.

Columbia Engineering-forsker Sinisa Vukelic har udviklet en ny ikke-invasiv tilgang til permanent korrekt syn, der viser store løfter i prækliniske modeller. Hans metode bruger en femtosekund oscillator, en ultrahurtig laser, der leverer pulser med meget lav energi ved høj gentagelseshastighed, til selektiv og lokal ændring af hornhindevævs biokemiske og biomekaniske egenskaber. Teknikken, som ændrer vævets makroskopiske geometri, er ikke-kirurgisk og har færre bivirkninger og begrænsninger end dem, der ses ved brydningsoperationer. For eksempel, patienter med tynde hornhinder, tørre øjne, og andre abnormiteter kan ikke gennemgå brydningsoperationer. Studiet, som kan føre til behandling for nærsynethed, hyperopi, astigmatisme, og uregelmæssig astigmatisme, blev udgivet 14. maj i Natur fotonik .

"Vi tror, ​​at vores undersøgelse er den første til at bruge dette laseroutputregime til ikke -invasiv ændring af hornhindekrumning eller behandling af andre kliniske problemer, "siger Vukelic, der er underviser i disciplin på afdelingen for maskinteknik. Hans metode bruger en femtosekund -oscillator til at ændre biokemiske og biomekaniske egenskaber ved kollagenvæv uden at forårsage celleskader og vævsforstyrrelser. Teknikken giver mulighed for tilstrækkelig strøm til at fremkalde et lavdensitetsplasma inden for det indstillede brændværdier, men formidler ikke nok energi til at forårsage skade på vævet i behandlingsområdet.

"Vi har set lavdensitetsplasma i multifotobilleder, hvor det er blevet betragtet som en uønsket bivirkning, "Vukelic siger." Vi var i stand til at omdanne denne bivirkning til en levedygtig behandling til forbedring af de mekaniske egenskaber af kollagenøse væv. "

Den kritiske komponent i Vukelics tilgang er, at induktion af lavdensitetsplasma forårsager ionisering af vandmolekyler i hornhinden. Denne ionisering skaber en reaktiv iltart, (en type ustabilt molekyle, der indeholder ilt, og som let reagerer med andre molekyler i en celle), som igen interagerer med kollagenfibrillerne for at danne kemiske bindinger, eller tværbindinger. Den selektive introduktion af disse tværbindinger inducerer ændringer i de mekaniske egenskaber af det behandlede hornhindevæv.

Når hans teknik anvendes på hornhindevæv, tværbindingen ændrer kollagenegenskaberne i de behandlede områder, og dette resulterer i sidste ende i ændringer i den overordnede makrostruktur af hornhinden. Behandlingen ioniserer målmolekylerne i hornhinden, samtidig med at man undgår optisk nedbrydning af hornhindevævet. Fordi processen er fotokemisk, det forstyrrer ikke væv, og de inducerede ændringer forbliver stabile.

"Hvis vi omhyggeligt skræddersyr disse ændringer, vi kan justere hornhindens krumning og dermed ændre øjets brydningsevne, "siger Vukelic." Dette er en grundlæggende afvigelse fra den almindelige ultrahurtige laserbehandling, der i øjeblikket anvendes i både forskning og kliniske omgivelser og er afhængig af den optiske nedbrydning af målmaterialerne og den efterfølgende kavitationsbobledannelse. "

"Brydningskirurgi har eksisteret i mange år, og selvom det er en moden teknologi, feltet har ledt efter en levedygtig, mindre invasivt alternativ i lang tid, "siger Leejee H. Suh, Miranda Wong Tang lektor i oftalmologi ved Columbia University Medical Center, der ikke var involveret i undersøgelsen. "Vukelics næste generations modalitet viser store løfter. Dette kan være et stort fremskridt i behandlingen af ​​en meget større global befolkning og håndtere nærsynethedspandemien."

Vukelics gruppe bygger i øjeblikket en klinisk prototype og planlægger at starte kliniske forsøg inden udgangen af ​​året. Han leder også efter at udvikle en måde at forudsige hornhinde adfærd som en funktion af laserbestråling, hvordan hornhinden kan deformeres, hvis en lille cirkel eller en ellipse for eksempel, blev behandlet. Hvis forskere ved, hvordan hornhinden vil opføre sig, de vil være i stand til at tilpasse behandlingen-de kunne scanne en patients hornhinde og derefter bruge Vukelics algoritme til at foretage patientspecifikke ændringer for at forbedre hans/hendes syn.

"Det specielt spændende er, at vores teknik ikke er begrænset til okulære medier-den kan bruges på andre kollagenrige væv, "Tilføjer Vukelic." Vi har også arbejdet med professor Gerard Ateshians laboratorium til behandling af tidlig slidgigt, og de foreløbige resultater er meget, meget opmuntrende. Vi tror, ​​at vores ikke-invasive tilgang har potentiale til at åbne veje til behandling eller reparation af kollagenvæv uden at forårsage vævsskade. "