künstliche Hornhaut ähnlich wie beim Menschen 3D-gedruckt

Wenn eine Person eine stark beschädigte Hornhaut hat, ist eine Hornhauttransplantation erforderlich. In 2018 warten jedoch in Korea 2.000 Patienten auf die Hornhautspende und sie warten im Durchschnitt sechs oder mehr Jahre auf die Spende. Aus diesem Grund versuchen viele Wissenschaftler, eine künstliche Hornhaut zu entwickeln. Die vorhandene künstliche Hornhaut verwendet rekombinantes Kollagen oder besteht aus chemischen Substanzen wie synthetischem Polymer. Daher fügt es sich weder gut in das Auge ein, noch ist es nach dem Hornhautimplantat transparent.

Professor Dong-Woo Cho für Maschinenbau, Professor Jinah Jang für Kreatives IT-Konvergenz-Engineering und Frau Hyeonji Kim von POSTECH in Zusammenarbeit mit Professor Hong Kyun Kim für Augenheilkunde von der Kyungpook National University School of Medicine druckten eine künstliche Hornhaut unter Verwendung einer Bio-Tinte aus dezellularisiertem Hornhautstroma und Stammzellen. Da diese Hornhaut aus von Hornhautgewebe stammender Biotinte besteht, ist sie biokompatibel. Die 3D-Zell-Drucktechnologie rekapituliert die Mikroumgebung der Hornhaut, sodass ihre Transparenz der der menschlichen Hornhaut ähnelt. Diese Forschung wurde kürzlich über Biofabrication veröffentlicht.

Die Hornhaut ist eine dünne äußerste Schicht, die die Pupille bedeckt und das Auge vor der äußeren Umgebung schützt. Es ist die erste Schicht, die Licht zulässt, und daher muss sie transparent sein, sich bewegen, wenn sich die Pupille bewegt, und Flexibilität aufweisen. Es war jedoch begrenzt, eine künstliche Hornhaut unter Verwendung von synthetischen biokompatiblen Materialien zu entwickeln, da sich die Eigenschaften der Hornhaut unterscheiden. Obwohl viele Forscher versucht haben, die Hornhautmikroumgebung nachzubilden, um transparent zu sein, haben die in bestehenden Studien verwendeten Materialien begrenzte Mikrostrukturen um Licht durchlässig zu sein.

Die menschliche Hornhaut ist in einem Gittermuster aus Kollagenfibrillen organisiert. Das Gittermuster in der Hornhaut ist direkt mit der Transparenz der Hornhaut verbunden, und viele Forschungen haben versucht, die menschliche Hornhaut zu replizieren. Die Anwendung auf Hornhauttransplantationen war jedoch aufgrund der Verwendung von zytotoxischen Substanzen im Körper, deren unzureichenden Hornhautmerkmalen einschließlich geringer Transparenz usw. eingeschränkt. Um dieses Problem zu lösen, verwendete das Forscherteam die beim 3D-Druck erzeugte Scherspannung, um das Hornhautgittermuster herzustellen, und demonstrierte, dass die Hornhaut unter Verwendung einer von Hornhautstroma abgeleiteten, dezellularisierten, extrazellulären Matrix-Biotinte biokompatibel war.

Wenn beim Druckvorgang Tinte im Drucker durch eine Düse austritt und durch die Düse tritt, tritt eine Reibungskraft auf, die dann eine Scherspannung erzeugt. Das Forscherteam stellte erfolgreich transparente künstliche Hornhaut mit dem Gittermuster der menschlichen Hornhaut her, indem es die Scherspannung regulierte, um das Muster der Kollagenfibrillen zu kontrollieren.

Das Forscherteam beobachtete auch, dass die mit dem Druckpfad umgebauten Kollagenfibrillen nach 4 Wochen in vivo ein Gittermuster erzeugen, das der Struktur der natürlichen menschlichen Hornhaut ähnelt.

Professor Jinah Jang sagte: “Die vorgeschlagene Strategie kann die Kriterien sowohl für die Transparenz als auch für die Sicherheit von künstlich hergestelltem Hornhautstroma erfüllen. Wir glauben, dass dies vielen Patienten, die an Erkrankungen im Zusammenhang mit der Hornhaut leiden, Hoffnung geben wird.”