Sehprobleme betreffen einen riesigen Teil der Weltbevölkerung und manifestieren sich in einem Spektrum von leichter Unschärfe des Bildes bis hin zur vollständigen Erblindung. Obwohl Brillen und Kontaktlinsen Standardlösungen sind, suchen viele nach einer dauerhafteren Alternative. Genau aus diesem Grund entscheiden sich jedes Jahr Hunderttausende von Menschen für eine korrektive Augenoperation, wobei die LASIK-Methode eine der beliebtesten ist. Dieser lasergestützte Eingriff, der die Hornhaut umformt und das Sehvermögen korrigiert, birgt trotz seiner hohen Erfolgsquote auch bestimmte Risiken. Davon angetrieben, entwickeln Wissenschaftler eine revolutionäre Technik, die Laser und Schnitte vollständig aus der Gleichung eliminieren könnte und eine Umformung der Hornhaut auf molekularer Ebene bietet.

Auf der wissenschaftlichen Tagung der Amerikanischen Chemischen Gesellschaft (ACS), die gerade in diesen Tagen stattfindet, wurden Ergebnisse vorgestellt, die die Augenheilkunde für immer verändern könnten. Michael Hill, Chemieprofessor am Occidental College, präsentierte die Arbeit seines Teams an einer neuen Methode, die auf elektrochemischen Prinzipien basiert, und die ersten Tests an tierischem Gewebe zeigen ein außerordentliches Potenzial.

Wie funktioniert unser Sehen und warum treten Fehler auf?

Um die Bedeutung dieser Entdeckung zu verstehen, ist es entscheidend, die Grundlagen des menschlichen Auges zu kennen. Die Hornhaut, eine transparente, kuppelförmige Struktur an der Vorderseite des Auges, spielt eine entscheidende Rolle für unser Sehen. Ihre Hauptaufgabe ist es, die aus der Umgebung kommenden Lichtstrahlen zu brechen und sie präzise auf die Netzhaut, eine Schicht lichtempfindlicher Zellen im hinteren Teil des Auges, zu lenken (fokussieren). Die Netzhaut wandelt diese Lichtsignale in elektrische Impulse um, die sie an das Gehirn sendet, wo sie als das Bild interpretiert werden, das wir sehen. Jede Abweichung von der idealen Form der Hornhaut führt zu einer fehlerhaften Lichtbrechung, was zu einem verschwommenen Bild führt. Genau diese Unregelmäßigkeiten sind die Ursache für die häufigsten Brechungsfehler wie Kurzsichtigkeit (Myopie), Weitsichtigkeit (Hyperopie) und Astigmatismus.

Die Dominanz von LASIK: Präzises Schneiden mit potenziellen Folgen

Seit Jahrzehnten gilt LASIK (Laser-Assisted in Situ Keratomileusis) als Goldstandard in der chirurgischen Sehkorrektur. Das Verfahren umfasst die Verwendung von zwei Lasern: Zuerst erzeugt ein Femtosekundenlaser einen dünnen, präzisen Deckel (sogenannter "Flap") auf der Oberfläche der Hornhaut. Dieser Deckel wird dann angehoben, und ein computergesteuerter Excimer-Laser entfernt mikroskopisch kleine Teile des darunter liegenden Gewebes, wodurch die Krümmung der Hornhaut verändert wird, um den Brechungsfehler zu korrigieren. Danach wird der Deckel wieder an seinen Platz gelegt, wo er ohne Nähte natürlich anhaftet.

Obwohl LASIK als äußerst sicherer und wirksamer Eingriff gilt, ist er nicht ohne Nachteile. Der Akt des Schneidens von Gewebe selbst, obwohl laserpräzise, beeinträchtigt die strukturelle Integrität des Auges irreversibel. Mögliche Nebenwirkungen sind das Syndrom des trockenen Auges, Probleme mit dem Nachtsehen wie Blendung oder das Auftreten von Lichthöfen um Lichtquellen und in sehr seltenen Fällen schwerwiegendere Komplikationen im Zusammenhang mit dem Flap. Wie Professor Hill betont: "LASIK ist eigentlich nur eine raffinierte Art, eine traditionelle Operation durchzuführen. Man schnitzt immer noch Gewebe – man benutzt nur einen Laser anstelle eines Skalpells." Es stellt sich die Frage: Was wäre, wenn wir das gleiche oder sogar ein besseres Ergebnis ohne einen einzigen Schnitt erzielen könnten?

Eine Revolution am Horizont: Elektromechanische Umformung (EMR)

Die Antwort auf diese Frage liegt in einem innovativen Ansatz namens elektromechanische Umformung (EMR). Diese Methode wurde, wie es in der Wissenschaft oft der Fall ist, fast zufällig von Dr. Brian Wong, einem Professor und Chirurgen an der University of California, Irvine, und Hills Mitarbeiter am Projekt, entdeckt. "Ich betrachtete lebende Gewebe als Materialien, die man formen kann, und so stieß ich auf diesen ganzen Prozess der chemischen Modifikation", erklärt Wong.

Die Grundlage der EMR liegt in der fundamentalen Struktur von Kollagengeweben, zu denen auch die Hornhaut gehört. Die Form und Festigkeit dieser Gewebe werden durch ein komplexes Netzwerk von Kollagenfasern und elektrostatischen Anziehungen zwischen entgegengesetzt geladenen molekularen Komponenten aufrechterhalten. Da diese Gewebe reich an Wasser sind, kann die Anwendung eines schwachen elektrischen Potenzials auf ihre Oberfläche eine lokale Veränderung des pH-Wertes verursachen, wodurch das Gewebe saurer wird. Diese Veränderung der Azidität "löst" vorübergehend die starren Verbindungen im Gewebe, wodurch es biegsam und formbar wird. Wenn das elektrische Potenzial abgeschaltet wird und der pH-Wert auf den Normalwert zurückkehrt, "verriegelt" sich das Gewebe in seiner neuen, gewünschten Form.

Bevor sie sich auf das Auge konzentrierten, wendeten die Forscher EMR erfolgreich an, um Knorpel in Kaninchenohren umzuformen und die Struktur von Narben und Haut bei Schweinen zu verändern, was die Vielseitigkeit und Wirksamkeit dieser Technologie beweist.

[Bild der menschlichen Hornhautstruktur]

Erste Experimente an der Hornhaut: Vielversprechende Ergebnisse ohne Skalpell

In der neuesten Forschung wandte das wissenschaftliche Team diese Technik auf isolierte Kaninchenaugen an. Sie konstruierten spezielle "Kontaktlinsen" aus Platin, die als Form für die korrigierte Hornhautform dienten. Jede Linse wurde über einen in Kochsalzlösung getauchten Augapfel gelegt, die die natürliche Umgebung der Tränen simuliert. Die Platinlinse diente gleichzeitig als Elektrode.

Durch die Anwendung eines kleinen elektrischen Potenzials auf die Linse erzeugten die Forscher eine präzise Veränderung des pH-Wertes in der Hornhaut. In nur etwa sechzig Sekunden passte sich die Krümmung der Hornhaut der Form der Linse an. Der gesamte Prozess dauert etwa so lange wie eine LASIK, erfordert aber deutlich weniger Schritte, verwendet billigere Geräte und, was am wichtigsten ist, beinhaltet keine Schnitte. Das Verfahren wurde an 12 separaten Augäpfeln wiederholt, von denen 10 so behandelt wurden, als hätten sie Kurzsichtigkeit. In allen 10 "kurzsichtigen" Fällen erzielte die Behandlung erfolgreich die angestrebte Veränderung der Brechkraft des Auges, was in einem lebenden Organismus einer signifikanten Verbesserung des Sehvermögens entsprechen würde.

Mehr als nur Sehkorrektur: Potenzial zur Behandlung von Krankheiten

Analysen zeigten, dass die Zellen in der Hornhaut die Behandlung dank eines sorgfältig kontrollierten pH-Gradienten unbeschadet überstanden. Aber das Potenzial dieser Technologie geht über die reine Dioptrienkorrektur hinaus. In anderen Experimenten demonstrierte das Team, dass ihre Technik in der Lage sein könnte, bestimmte Formen von Hornhauttrübungen, die durch Chemikalien verursacht werden, umzukehren. Dies ist ein Zustand, der derzeit nur mit einer vollständigen Hornhauttransplantation behandelt werden kann, einem komplexen chirurgischen Eingriff, der das Risiko einer Gewebeabstoßung birgt.

Der Weg zur klinischen Anwendung: Herausforderungen und Zukunft

Trotz der äußerst vielversprechenden ersten Ergebnisse betonen die Forscher, dass sich die Arbeit noch in einem sehr frühen Stadium befindet. Der nächste Schritt, wie Wong ihn beschreibt, ist "der lange Marsch durch detaillierte und präzise Tierstudien", was Tests an lebenden Kaninchen einschließt, nicht nur an deren isolierten Augäpfeln. Sie planen auch, den vollen Umfang der Möglichkeiten der EMR zu bestimmen, d. h. ob die Technik zur Korrektur aller Arten von Brechungsfehlern, einschließlich Weitsichtigkeit und Astigmatismus, verwendet werden kann.

Obwohl die nächsten Schritte klar definiert sind, ist die Zukunft des Projekts aufgrund von Schwierigkeiten bei der Sicherung der Finanzierung für weitere Forschungen ungewiss. "Es ist ein langer Weg von dem, was wir erreicht haben, bis zur Anwendung in der Klinik. Aber wenn wir das Ziel erreichen, hat diese Technik das Potenzial für eine breite Anwendung, sie wird erheblich billiger sein und vielleicht sogar reversibel", schließt Hill und lässt die Hoffnung, dass wir bald eine neue Ära in der Augenheilkunde erleben könnten.