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Eine potenzielle laserfreie Alternative zu LASIK
Ein Forschungsteam berichtet von ersten Laborerfolgen mit einer elektrischen Technik zur Umformung der Hornhaut ohne Laser oder Schnitte. Der Ansatz, elektromechanische Umformung (EMR) genannt, setzt einen kontrollierten elektrischen Strom durch eine Metallvorlage ein, um vorübergehend die Chemie des Hornhautgewebes zu verändern und die Hornhaut an eine neue Krümmung anzupassen. Die Entwickler sehen in EMR eine mögliche Alternative oder Ergänzung zur konventionellen LASIK zur Behandlung von Brechungsfehlern wie Kurzsichtigkeit (Myopie), Weitsichtigkeit (Hyperopie) und Astigmatismus.
Wissenschaftlicher Hintergrund: Warum die Form der Hornhaut wichtig ist und wie EMR funktioniert
Die Hornhaut ist die durchsichtige Vorderfläche des Auges, die einfallendes Licht bricht (refraktiert), damit Bilder auf der Netzhaut scharf abgebildet werden. Schon kleine Veränderungen der Hornhautkrümmung können erhebliche Refraktionsfehler verursachen: Wenn Licht nicht genau auf der Netzhaut fokussiert wird, wird das Sehen unscharf. Refraktive Chirurgie wie LASIK verändert die optische Leistung der Hornhaut, indem Gewebe mit einem Laser entfernt wird.
Die elektromechanische Umformung (EMR) zielt hingegen auf die molekulare Struktur der Hornhaut ab, statt Gewebe zu entfernen. Viele okuläre Gewebe, einschließlich des Hornhautstromas, enthalten Kollagen und geladene Makromoleküle, die strukturelle Bindungen bilden. EMR nutzt ein kurzes, lokal begrenztes elektrisches Feld, um den pH-Wert des Gewebes zu verändern und vorübergehend elektrostatische Wechselwirkungen zu schwächen, die die Kollagenarchitektur stabilisieren. Während das Gewebe elektrisch "entschlossen" ist, legt eine starre Schablone die gewünschte Krümmung fest. Stoppt der elektrische Reiz und normalisiert sich der pH-Wert, stabilisiert sich das Gewebe in der neuen Form. Da die Methode kein Gewebe abträgt, könnte sie reversibel oder nachjustierbar sein auf Weisen, die mit aktueller Laserablation nicht möglich sind.
Versuchsdetails: Wie die Labortests durchgeführt wurden
Chemiker Michael Hill (Occidental College) und Chirurg Dr. Brian Wong (UC Irvine) passten EMR-Techniken an, die zuvor zur Umformung von Knorpel und zur Modifikation von Narbengewebe verwendet wurden. Um die Hornhautumformung zu testen, entwarfen sie eine platinkontaktlinsenförmige Schablone, die die Zielkrümmung der Hornhaut nachbildete. Ex-vivo-Kaninchenaugen wurden in Kochsalzlösung gelegt und mit der Platinform versehen. Durch die Platinvorlage wurde für etwa eine Minute ein kontrollierter elektrischer Strom angelegt. Innerhalb dieses Zeitraums passte sich die Hornhautoberfläche der Form an; die Gesamtdauer war hinsichtlich der Eingriffszeit mit LASIK vergleichbar.
Das Team behandelte 12 Kaninchenaugen, von denen 10 so konfiguriert wurden, dass sie Kurzsichtigkeit modellierten. Die Nachuntersuchung ergab, dass sich die Hornhautkrümmung in die beabsichtigte Richtung verändert hatte und dass Hornhautzellen in den Labortests keine unmittelbaren Schäden zeigten.
Wesentliche Erkenntnisse, Sicherheitsindikatoren und mögliche klinische Auswirkungen
Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass EMR eine schnelle Hornhautumformung in ex-vivo-Augen ermöglichen kann, während kurzzeitig die Zellvitalität und die Klarheit der Hornhaut erhalten bleiben. Theoretisch könnte die Methode auch Hornhauttrübungen (Opazitäten) beeinflussen, indem sie den Gewebe-pH moduliert und stromale Komponenten neu organisiert – ein Problem, das heute häufig nur durch Hornhauttransplantation behandelt wird.
Die Forscher betonen, dass es sich um präklinische Arbeit handelt. Nächste Schritte sind Tierversuche an lebenden Organismen, um Heilungsreaktionen, Entzündungen, die optische Qualität über die Zeit sowie die Haltbarkeit oder Umkehrbarkeit der Umformung zu prüfen. Umfassende Sicherheitstests werden außerdem klären müssen, ob EMR die seltenen, aber schweren Komplikationen der Laserablation vermeidet, wie thermische Schädigung und biomechanische Schwächung der Hornhaut.
„Wie jede medizinische Innovation wird EMR eine gestufte Validierung erfordern — mehr Tierversuche, iterative Verfeinerungen und kontrollierte Humanstudien“, fasste Dr. Brian Wong die Sicht des Teams zu den regulatorischen und klinischen Schritten zusammen. Maria Walker, eine Optometristin, die nicht an der Studie beteiligt war, bezeichnete die Ergebnisse als ermutigend, warnte jedoch, dass längerfristige Ergebnisse bekannt sein müssten: „Kurzfristige Sicherheit ist notwendig, aber nicht ausreichend — wir brauchen Monate bis Jahre Nachbeobachtung, um Stabilität und späte Effekte zu verstehen.“
Vorteile und Einschränkungen im Vergleich zur bestehenden refraktiven Chirurgie
Potenzielle Vorteile von EMR umfassen:
- Eliminierung laserbedingter thermischer Effekte auf das Hornhautgewebe.
- Keine Gewebeexzision, was partielle Reversibilität oder Nachbehandlungen ermöglichen könnte.
- Günstigere Ausrüstung im Vergleich zu klinischen ophthalmologischen Lasern, was den Zugang zur refraktiven Chirurgie erweitern könnte.
Einschränkungen und Herausforderungen:
- Derzeit beschränkt sich die Evidenz auf Ex-vivo-Gewebe; es sind Tierversuche und klinische Validierung erforderlich.
- Präzise Kontrolle der pH-Änderungen und räumliche Spezifität sind kritisch, um unbeabsichtigte Gewebeschäden zu vermeiden.
- Der korrigierbare Bereich an Brechungsfehlern durch EMR und sein langfristiger biomechanischer Einfluss sind noch nicht geklärt.
Fachliche Einschätzung
Dr. Elena Morales, biomedizinische Ingenieurin und außerplanmäßige Ophthalmologieforscherin, ordnet ein: „EMR nutzt Biophysik statt Ablation. Das macht den Ansatz interessant, weil man die Gewebearchitektur ohne Schneiden oder Verdampfen von Kollagen umformen kann. Aber Elektrizität und pH sind auf kleinen Skalen grobe Instrumente — die ingenieurtechnische Herausforderung besteht darin, mikroskalige, wiederholbare Dosierungen zu liefern, um vorhersehbare optische Ergebnisse zu erzielen. Wenn das Team in vivo stabile Refraktionen ohne Entzündung oder Nebel zeigen kann, könnte EMR ein wertvolles Werkzeug in der refraktiven Chirurgie werden.“
Verwandte Technologien und Ausblick
EMR ist Teil eines breiteren Trends hin zu nicht-ablativem und weniger invasivem ophthalmologischen Eingriffen, zu denen auch Hornhautquervernetzung (zur Stabilisierung ectatischer Hornhäute), intrastromale Femtosekundenlaser-Verfahren und neue Biomaterialien für die Hornhautreparatur gehören. Wenn EMR in klinischen Studien sicher und wirksam ist, könnte es als kostengünstige Option für Patienten positioniert werden, die schlechte LASIK-Kandidaten sind oder ein Verfahren bevorzugen, das kein Gewebe entfernt.
Fazit
Die elektromechanische Umformung bietet einen vielversprechenden, laserfreien Weg, die Hornhautkrümmung durch vorübergehende Modifikation der Gewebechemie und das Formen der Kollagenstruktur zu verändern. Frühe Ex-vivo-Experimente an Kaninchenaugen zeigen eine schnelle Umformung bei erhaltener kurzzeitiger Zellvitalität und Hornhautklarheit. Dennoch sind umfangreiche präklinische und klinische Studien nötig, um Sicherheit, Langzeitstabilität und die volle Bandbreite behandelbarer refraktiver Zustände zu belegen. Werden diese Hürden genommen, könnte EMR die Optionen zur Sehkorrektur erweitern, indem sie eine potenziell reversible, kostengünstigere Ergänzung oder Alternative zur konventionellen laserbasierten refraktiven Chirurgie bietet.
Quelle: livescience
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