Unzählige Menschen leiden unter Sehstörungen, die von verschwommenem Sehen bis hin zur Erblindung reichen. Aber nicht jeder möchte eine Brille oder Kontaktlinsen tragen. Daher unterziehen sich viele Betroffene einer Augenoperation, darunter auch LASIK – ein laserunterstütztes Verfahren, bei dem die Hornhaut neu geformt und die Sehkraft korrigiert wird. Das Verfahren kann jedoch unerwünschte Nebenwirkungen haben, weshalb Forscher in ersten Tierversuchen versuchen, den Laser aus der LASIK zu entfernen, indem sie die Hornhaut umformen, anstatt sie zu schneiden. Michael Hill, Professor für Chemie am Occidental College stellte die Ergebnisse seines Teams auf der Herbsttagung der American Chemical Society (ACS) vor. Die ACS Fall umfasst rund 9.000 Vorträge zu verschiedenen wissenschaftlichen Themen.
LASIK-Methode könnte bald abgelöst werden
Die menschliche Hornhaut ist eine gewölbte, durchsichtige Struktur, die sich an der Vorderseite des Auges befindet. Das Hornhautstroma besteht aus orthogonal gestapelten Kollagenfibrillenlamellen, deren molekulare Zusammensetzung und präzise makromolekulare Geometrie rückgestreutes Licht eliminieren und die Form der Hornhaut aufrechterhalten. Die Hornhaut bricht das Licht aus der Umgebung und fokussiert es auf die Netzhaut, wo es an das Gehirn weitergeleitet und als Bild interpretiert wird. Ist die Hornhaut jedoch deformiert, kann sie das Licht nicht richtig fokussieren, was zu verschwommenen Bildern führt. Tatsächlich können anatomische Variationen, Geburtsfehler, Traumata und verschiedene Pathologien die Form, strukturelle Stabilität und Transparenz der Hornhaut verändern und somit das Sehvermögen beeinträchtigen. Bei der LASIK Methode wird die Hornhaut mit speziellen Lasern umgeformt, indem präzise Gewebeteile entfernt werden. Dieses gängige Verfahren gilt als sicher, hat jedoch einige Einschränkungen und Risiken, und das Schneiden der Hornhaut beeinträchtigt die strukturelle Integrität des Auges. Hill erklärt: „LASIK ist nur eine ausgefallene Methode, um eine herkömmliche Operation durchzuführen. Es wird immer noch Gewebe herausgeschnitten – nur eben mit einem Laser.“ Was aber, wenn die Hornhaut ohne Schnitte umgeformt werden könnte?
Genau das untersuchen Hill und sein Kollege Brian Wong mit einem Verfahren, das als elektromechanische Umformung (EMR) bekannt ist. „Der gesamte Effekt wurde zufällig entdeckt“, erklärt Wong, Professor und Chirurg an der University of California in Irvine. „Ich habe lebendes Gewebe als formbares Material betrachtet und dabei diesen gesamten Prozess der chemischen Modifikation entdeckt.“ Im Körper werden die Formen vieler kollagenhaltiger Gewebe, darunter auch die Hornhaut, durch die Anziehungskräfte gegensätzlich geladener Komponenten an ihrem Platz gehalten. Diese Gewebe enthalten viel Wasser, sodass durch Anlegen einer elektrischen Spannung der pH-Wert des Gewebes sinkt und es saurer wird. Durch die Veränderung des pH-Werts werden die starren Anziehungskräfte innerhalb des Gewebes gelockert und die Form formbar. Wenn der ursprüngliche pH-Wert wiederhergestellt ist, wird das Gewebe in der neuen Form fixiert. Zuvor hatten die Forscher EMR verwendet, um knorpelreiche Kaninchenohren umzuformen sowie Narben und Haut von Schweinen zu verändern. Ein kollagenreiches Gewebe, das sie jedoch unbedingt untersuchen wollten, war die Hornhaut.
In dieser Arbeit konstruierte das Team spezielle „Kontaktlinsen“ aus Platin, die als Vorlage für die korrigierte Form der Hornhaut dienten, und platzierte diese dann über einem Kaninchenaugapfel in einer Kochsalzlösung, die natürliche Tränenflüssigkeit imitieren sollte. Die Platinscheibe fungierte als Elektrode, um eine präzise pH-Änderung zu erzeugen, wenn die Forscher eine geringe elektrische Spannung an die Scheibe anlegten. Nach etwa einer Minute passte sich die Krümmung der Hornhaut an die Form der Scheibe an – etwa genauso lange wie bei einer LASIK-Behandlung, jedoch mit weniger Schritten, kostengünstigerer Ausrüstung und ohne Schnitte.
Untersuchung, welche Arten der Sehkorrektur möglich sind
Sie wiederholten diesen Vorgang an 12 separaten Kaninchenaugen, von denen 10 so behandelt wurden, als hätten sie Myopie oder Kurzsichtigkeit. Bei allen „kurzsichtigen” Augäpfeln stellte die Behandlung die gewünschte Fokussierungskraft des Auges ein, was einer Verbesserung der Sehkraft entspricht. Die Zellen im Augapfel überlebten die Behandlung, da die Forscher den pH-Gradienten sorgfältig kontrollierten. Darüber hinaus konnte das Team in weiteren Experimenten zeigen, dass ihre Technik möglicherweise in der Lage ist, eine chemisch verursachte Trübung der Hornhaut rückgängig zu machen – ein Zustand, der derzeit nur durch eine vollständige Hornhauttransplantation behandelt werden kann.
Obwohl diese ersten Ergebnisse vielversprechend sind, betonen die Forscher, dass sie sich noch in einem sehr frühen Stadium befinden. Als Nächstes steht laut Wong „ein langer Weg durch detaillierte und präzise Tierversuche“ an, darunter Tests an lebenden Kaninchen und nicht nur an deren Augäpfeln. Außerdem wollen sie herausfinden, welche Arten der Sehkorrektur mit EMR möglich sind, beispielsweise Kurzsichtigkeit, Weitsichtigkeit und Astigmatismus. Obwohl die nächsten Schritte geplant sind, wurden sie aufgrund von Unsicherheiten hinsichtlich der wissenschaftlichen Finanzierung des Teams vorerst auf Eis gelegt. „Es ist noch ein langer Weg von dem, was wir bisher erreicht haben, bis zur klinischen Anwendung. Aber wenn wir so weit sind, ist diese Technik breit einsetzbar, wesentlich kostengünstiger und möglicherweise sogar reversibel“, fasst Hill zusammen.