Miopia, o miopia, è un problema crescente in tutto il mondo. Ora ci sono il doppio delle persone negli Stati Uniti e in Europa con questa condizione rispetto a 50 anni fa. Nell'Asia orientale, Dal 70 al 90 percento degli adolescenti e dei giovani adulti sono miopi. Secondo alcune stime, circa 2,5 miliardi di persone in tutto il mondo potrebbero essere colpite dalla miopia entro il 2020.

Occhiali da vista e lenti a contatto sono soluzioni semplici; uno più permanente è la chirurgia refrattiva corneale. Ma, mentre la chirurgia per la correzione della vista ha un tasso di successo relativamente alto, è una procedura invasiva, soggetto a complicanze post-chirurgiche, e in rari casi perdita permanente della vista. Inoltre, gli interventi chirurgici di correzione della vista assistita da laser come la cheratomileusi laser in situ (LASIK) e la cheratectomia fotorefrattiva (PRK) utilizzano ancora la tecnologia ablativa, che può assottigliare e in alcuni casi indebolire la cornea.

La ricercatrice della Columbia Engineering Sinisa Vukelic ha sviluppato un nuovo approccio non invasivo per correggere in modo permanente la vista che mostra grandi promesse nei modelli preclinici. Il suo metodo utilizza un oscillatore a femtosecondi, un laser ultraveloce che eroga impulsi di bassissima energia ad alta frequenza di ripetizione, per l'alterazione selettiva e localizzata delle proprietà biochimiche e biomeccaniche del tessuto corneale. La tecnica, che modifica la geometria macroscopica del tessuto, non è chirurgico e presenta meno effetti collaterali e limitazioni rispetto a quelli osservati negli interventi di chirurgia refrattiva. Ad esempio, pazienti con cornee sottili, occhi asciutti, e altre anomalie non possono essere sottoposte a chirurgia refrattiva. Lo studio, che potrebbe portare a un trattamento per la miopia, ipermetropia, astigmatismo, e astigmatismo irregolare, è stato pubblicato il 14 maggio in Fotonica della natura .

"Riteniamo che il nostro studio sia il primo ad utilizzare questo regime di emissione laser per il cambiamento non invasivo della curvatura corneale o per il trattamento di altri problemi clinici, "dice Vukelic, che è docente di disciplina presso il dipartimento di ingegneria meccanica. Il suo metodo utilizza un oscillatore a femtosecondi per alterare le proprietà biochimiche e biomeccaniche del tessuto collagene senza causare danni cellulari e distruzione dei tessuti. La tecnica consente una potenza sufficiente per indurre un plasma a bassa densità all'interno del volume focale impostato, ma non trasmette energia sufficiente per causare danni al tessuto all'interno della regione di trattamento.

"Abbiamo visto plasma a bassa densità nell'imaging multi-foto dove è stato considerato un effetto collaterale indesiderato, " Dice Vukelic. "Siamo stati in grado di trasformare questo effetto collaterale in un trattamento praticabile per migliorare le proprietà meccaniche dei tessuti collagenosi".

La componente critica dell'approccio di Vukelic è che l'induzione del plasma a bassa densità provoca la ionizzazione delle molecole d'acqua all'interno della cornea. Questa ionizzazione crea una specie reattiva dell'ossigeno, (un tipo di molecola instabile che contiene ossigeno e che reagisce facilmente con altre molecole in una cellula), che a sua volta interagisce con le fibrille di collagene per formare legami chimici, o collegamenti incrociati. L'introduzione selettiva di questi legami incrociati induce cambiamenti nelle proprietà meccaniche del tessuto corneale trattato.

Quando la sua tecnica viene applicata al tessuto corneale, la reticolazione altera le proprietà del collagene nelle regioni trattate, e questo alla fine si traduce in cambiamenti nella macrostruttura complessiva della cornea. Il trattamento ionizza le molecole bersaglio all'interno della cornea evitando la rottura ottica del tessuto corneale. Poiché il processo è fotochimico, non disgrega i tessuti e le modificazioni indotte rimangono stabili.

"Se adattiamo attentamente questi cambiamenti, possiamo regolare la curvatura corneale e quindi modificare il potere di rifrazione dell'occhio, " afferma Vukelic. "Si tratta di un allontanamento fondamentale dal tradizionale trattamento laser ultraveloce attualmente applicato sia nella ricerca che in ambito clinico e si basa sulla rottura ottica dei materiali target e sulla successiva formazione di bolle di cavitazione".

"La chirurgia refrattiva esiste da molti anni, e sebbene sia una tecnologia matura, il campo è alla ricerca di un valido, alternativa meno invasiva per lungo tempo, " dice Leejee H. Suh, Miranda Wong Tang Professore Associato di Oftalmologia presso il Columbia University Medical Center, che non era coinvolto nello studio. "La modalità di prossima generazione di Vukelic mostra grandi promesse. Questo potrebbe essere un importante progresso nel trattamento di una popolazione globale molto più ampia e nell'affrontare la pandemia di miopia".

Il gruppo di Vukelic sta attualmente costruendo un prototipo clinico e prevede di avviare le sperimentazioni cliniche entro la fine dell'anno. Sta anche cercando di sviluppare un modo per prevedere il comportamento corneale in funzione dell'irradiazione laser, come la cornea potrebbe deformarsi se un piccolo cerchio o un'ellisse, Per esempio, sono stati trattati. Se i ricercatori sapessero come si comporterà la cornea, saranno in grado di personalizzare il trattamento:potrebbero scansionare la cornea di un paziente e quindi utilizzare l'algoritmo di Vukelic per apportare modifiche specifiche del paziente per migliorare la sua visione.

"Ciò che è particolarmente eccitante è che la nostra tecnica non si limita ai media oculari:può essere utilizzata su altri tessuti ricchi di collagene, " Aggiunge Vukelic. "Abbiamo anche lavorato con il laboratorio del professor Gerard Ateshian per curare l'artrosi precoce, e i risultati preliminari sono molto, molto incoraggiante. Riteniamo che il nostro approccio non invasivo abbia il potenziale per aprire strade per trattare o riparare il tessuto collagene senza causare danni ai tessuti".