Risultati della valutazione in vivo (a-c) e in vitro (d-f) di impianti corneali stampati e non stampati su cellule 3D. Immagini ottiche dall'esame con lampada a fessura, Immagini OCT 2D in sezione trasversale (a, D), e immagini SHG di collagene non specifico (b, e) con analisi della distribuzione dell'orientamento fibrillare del collagene (c, F). Nel gruppo stampato su cellule 3D, è stata mostrata una maggiore trasparenza rispetto al gruppo non stampato e il modello stromale corneale mediante l'allineamento del collagene indotto dal taglio è stato ricostruito in modo simile a quello della cornea umana. Credito:POSTECH
Quando una persona ha una cornea gravemente danneggiata, è necessario un trapianto di cornea. Però, ce ne sono 2, 000 pazienti in attesa della donazione della cornea nel paese a partire dal 2018, e aspettano in media sei o più anni per la donazione. Per questa ragione, molti scienziati stanno tentando di sviluppare una cornea artificiale. La cornea artificiale esistente utilizza collagene ricombinante o è composta da sostanze chimiche come il polimero sintetico. Perciò, non si incorpora bene con l'occhio, né è trasparente dopo l'impianto della cornea.
Professor Dong-Woo Cho di ingegneria meccanica, Professor Jinah Jang di Creative IT Convergence Engineering, e la signora Hyeonji Kim di POSTECH, collaborando con il professor Hong Kyun Kim di oftalmologia presso la Kyungpook National University School of Medicine, Stampa 3D di una cornea artificiale utilizzando un bio-inchiostro composto da stroma corneale decellularizzato e cellule staminali. Poiché questa cornea è fatta di bioinchiostro derivato dal tessuto corneale, è biocompatibile, e la tecnologia di stampa cellulare 3D ricapitola il microambiente corneale, quindi la sua trasparenza è simile alla cornea umana. Questa ricerca è stata recentemente pubblicata su Biofabbricazione .
La cornea è un sottile strato più esterno che ricopre la pupilla e protegge l'occhio dall'ambiente esterno. È il primo strato che ammette la luce e quindi deve essere trasparente, muoversi come si muove la pupilla, e avere flessibilità. Però, si è limitato a sviluppare una cornea artificiale utilizzando materiali sintetici biocompatibili a causa delle diverse proprietà correlate alla cornea. Inoltre, sebbene molti ricercatori abbiano cercato di ripetere il microambiente corneale per essere trasparente, i materiali utilizzati negli studi esistenti hanno microstrutture limitate per penetrare la luce.
Illustrazione schematica dell'allineamento delle fibre di collagene all'interno dell'ugello durante l'estrusione di bioinchiostro. Credito:POSTECH
La cornea umana è organizzata in un reticolo di fibrille di collagene. Il reticolo nella cornea è direttamente associato alla trasparenza della cornea, e molte ricerche hanno cercato di replicare la cornea umana. Però, c'era una limitazione nell'applicazione al trapianto di cornea a causa dell'uso di sostanze citotossiche nel corpo, le loro caratteristiche corneali insufficienti, compresa la bassa trasparenza, e così via. Risolvere questo problema, il team di ricerca ha utilizzato lo stress da taglio generato nella stampa 3D per produrre il reticolo corneale e ha dimostrato che la cornea utilizzando un bioinchiostro a matrice extracellulare decellularizzato derivato dallo stroma corneale era biocompatibile.
Nel processo di stampa 3D, quando l'inchiostro nella stampante fuoriesce da un ugello e passa attraverso l'ugello, si verifica una forza di attrito che poi produce lo sforzo di taglio. Il team di ricerca ha prodotto con successo una cornea artificiale trasparente con il modello reticolare della cornea umana regolando lo stress da taglio per controllare il modello delle fibrille di collagene.
Il team di ricerca ha anche osservato che le fibrille di collagene rimodellate insieme al percorso di stampa creano un reticolo simile alla struttura della cornea umana nativa dopo 4 settimane in vivo.
Il professor Jinah Jang ha detto:"La strategia suggerita può raggiungere i criteri sia per la trasparenza che per la sicurezza dello stroma corneale ingegnerizzato. Riteniamo che darà speranza a molti pazienti affetti da malattie legate alla cornea".
