Dodano: 20 maja 2022r.

Inteligentne soczewki kontaktowe, które monitorują ciśnienie oka i dostarczają leki

Elastyczna soczewka, która wyczuwa ciśnienie w oku i w odpowiednim momencie uwalnia lek, mogłaby pomóc w leczeniu jaskry, która jest drugą co do częstości przyczyną ślepoty na świecie.

Inteligentne soczewki kontaktowe, które monitorują ciśnienie oka i dostarczają leki

 

Kompaktowe, bezprzewodowe urządzenie, które zostało opracowane przez zespół chińskich naukowców i przetestowane dotychczas na oczach świń i królików, wykrywa rosnące ciśnienie w oku, które jest główną przyczyną jaskry. Jaskra to zbiorcza nazwa grupy chorób oczu, w których uszkodzenie nerwu wzrokowego powoduje nieodwracalną utratę wzroku i ślepotę u milionów ludzi na całym świecie. Inteligentna soczewka, w razie potrzeby uwalnia lek zmniejszający ciśnienie wewnątrz gałki ocznej.

Nowe badania opublikowano w „Nature Communications” (DOI: 10.1038/s41467-022-29860-x).

Dwie funkcje na raz

Ostatnie próby opracowania inteligentnych soczewek kontaktowych jako urządzeń do noszenia w celu leczenia chorób oczu koncentrowały się albo tylko na wykrywaniu zmian ciśnienia w oku, albo tylko na dostarczaniu leku. Teraz po raz pierwszy badacze połączyli te funkcje. Leczenie jaskry zazwyczaj obejmuje podawanie kropli do oczu, terapię laserową lub operację mającą na celu obniżenie ciśnienia w oku.

Choć naukowcy wciąż eksperymentują z różnymi urządzeniami do leczenia chorób oczu, to lekarze podkreślają, że profilaktyka, wczesne wykrywanie jaskry i jej leczenie w odpowiednim czasie, nadal ma kluczowe znaczenie.

Trudności diagnostyczne

„Po wykryciu jaskry leczenie może zatrzymać lub spowolnić rozwój choroby w większości przypadków” - pisał w 2020 r. Jaimie Steinmetz, naukowiec z waszyngtońskiego Institute for Health Metrics and Evaluation, analizując globalne obciążenie chorobami oczu, w tym jaskrą.

Jaskra jest jednak zazwyczaj trudna do zdiagnozowania, ponieważ u chorych jako pierwsze zaczyna szwankować widzenie peryferyjne, czyli dostrzeganie obiektów znajdujących się poza centrum pola widzenia. Do tego wykorzystywane obecnie urządzenia dokonują jedynie migawkowych pomiarów ciśnienia wewnątrzgałkowego, które zmienia się w zależności od aktywności, cykli snu i czuwania.

„Dlatego tak ważne jest usprawnienie systemów monitorowania, zwrócenie uwagi na ryzyko wśród członków rodzin chorych oraz skuteczność opieki po rozpoczęciu leczenia” - podkreślali Steinmetz i współautorzy już dwa lata temu.

Wyzwanie dla inżynierów

Soczewki kontaktowe, które dobrze przylegają do oka, są bardzo atrakcyjne z punktu widzenia terapii schorzeń oczu. Jednak umieszczenie obwodów elektrycznych i czujników w małych, elastycznych, zakrzywionych i ultracienkich soczewkach stanowi poważne wyzwanie dla inżynierów.

Aby coś takiego mogło działać, musi być wystarczająco czułe, aby wykrywać zmiany ciśnienia i uwalniać precyzyjne ilości leku na żądanie. A wszystko to bez blokowania wzroku i podrażniania oka.

„Instalacja skomplikowanego systemu teranostycznego (łączącego diagnostykę z terapią dla lepszego spersonalizowania leczenia – red.) złożonego z wielu modułów na soczewce kontaktowej jest dużym wyzwaniem” - piszą w swojej pracy inżynier Cheng Yang z Uniwersytetu Sun Yat-Sen i współpracownicy.

Wygląda jednak na to, że Yang wraz z zespołem poczynili postępy - przynajmniej w zakresie produkcji prototypu soczewki. Urządzenie ma wbudowane czujniki zapobiegające ewentualnemu podrażnieniu oczu oraz unikalny, laserowo wycięty wzór. Soczewka jest przeznaczona do leczenia ostrej formy jaskry, która może wystąpić w wyniku nagłego lub stopniowego wzrostu ciśnienia płynu wewnątrz oka.

Dwie warstwy soczewki

Dwuwarstwowa soczewka jest pokryta lekiem przeciwjaskrowym, brimonidyną. Pomiędzy warstwami umieszczono ultracienką „kieszeń” powietrza. Warstwa bliżej oka jest połączona z obwodem elektrycznym, który wykrywa zmiany ciśnienia wewnątrzgałkowego, gdy powietrze w „kieszeni” jest ściskane przez ciśnienie zewnętrzne oka. Jeśli ciśnienie w oku osiągnie wysoki poziom, system uwalnia brimonidynę.

„Dwuwarstwowa konstrukcja soczewki umożliwiła stworzenie zwartej struktury, która pomieściła wiele modułów elektronicznych w obszarze brzegowym soczewki kontaktowej. Oznacza to, że nie powinny one zasłaniać widoku osobom noszącym soczewkę” - piszą Yang i współpracownicy.

Urządzenie było testowane na gałkach ocznych świń i żywych królików. Konieczne są dalsze badania, zanim soczewka zostanie przetestowana na ludziach.

Naukowcy donoszą jednak, że wyniki badań są obiecujące, a ich urządzenie może wykrywać zmiany ciśnienia wewnątrzgałkowego, dostarczać leki przeciwjaskrowe i szybko obniżać ciśnienie w oku.

„Ten inteligentny system zapewnia obiecującą metodę, która może być wykorzystywana w leczeniu innych chorób okulistycznych” - piszą Yang i współpracownicy. Co więcej, badacze twierdzą, że ich metody wytwarzania są kompatybilne z wielkoskalowymi i opłacalnymi procesami produkcyjnymi stosowanymi obecnie do wytwarzania komponentów komputerowych. Urządzenie może być zatem łatwo wprowadzone do produkcji.

 

Źródło: Science Alert, fot. איתן טל, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons