Problemy ze wzrokiem dotykają ogromną część światowej populacji, objawiając się w zakresie od łagodnego zamglenia obrazu do całkowitej ślepoty. Chociaż okulary korekcyjne i soczewki kontaktowe są standardowymi rozwiązaniami, wielu szuka trwalszej alternatywy. Właśnie dlatego setki tysięcy ludzi każdego roku decyduje się na korekcyjną operację oka, przy czym metoda LASIK jest jedną z najpopularniejszych. Ten wspomagany laserowo zabieg, który przekształca rogówkę i koryguje wzrok, pomimo wysokiej skuteczności niesie ze sobą również pewne ryzyko. Zainspirowani tym, naukowcy opracowują rewolucyjną technikę, która mogłaby całkowicie wyeliminować laser i cięcie z równania, oferując przekształcanie rogówki na poziomie molekularnym.

Na spotkaniu naukowym Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (ACS), które odbywa się właśnie w tych dniach, przedstawiono wyniki, które mogą na zawsze zmienić okulistykę. Michael Hill, profesor chemii w Occidental College, przedstawił pracę swojego zespołu nad nową metodą opartą na zasadach elektrochemicznych, a pierwsze testy na tkance zwierzęcej wykazują niezwykły potencjał.

Jak działa nasz wzrok i dlaczego dochodzi do błędów?

Aby zrozumieć znaczenie tego odkrycia, kluczowe jest poznanie podstaw budowy ludzkiego oka. Rogówka, przezroczysta kopułowata struktura z przodu oka, odgrywa kluczową rolę w naszym widzeniu. Jej głównym zadaniem jest załamywanie promieni świetlnych pochodzących z otoczenia i precyzyjne ich kierowanie (ogniskowanie) na siatkówkę, warstwę komórek światłoczułych z tyłu oka. Siatkówka przekształca te sygnały świetlne w impulsy elektryczne, które wysyła do mózgu, gdzie są one interpretowane jako obraz, który widzimy. Wszelkie odchylenia od idealnego kształtu rogówki prowadzą do nieprawidłowego załamania światła, co skutkuje niewyraźnym obrazem. Właśnie te nieprawidłowości są przyczyną najczęstszych wad refrakcji, takich jak krótkowzroczność (miopia), dalekowzroczność (hyperopia) i astygmatyzm.

Dominacja LASIK: Precyzyjne cięcie z potencjalnymi konsekwencjami

Od dziesięcioleci LASIK (Laser-Assisted in Situ Keratomileusis) stanowi złoty standard w chirurgicznej korekcji wzroku. Procedura obejmuje użycie dwóch laserów: najpierw laser femtosekundowy tworzy cienki, precyzyjny płatek na powierzchni rogówki. Ten płatek jest następnie podnoszony, a laser ekscymerowy, sterowany komputerowo, usuwa mikroskopijne fragmenty tkanki pod nim, zmieniając krzywiznę rogówki w celu skorygowania wady refrakcji. Następnie płatek jest umieszczany z powrotem na swoim miejscu, gdzie naturalnie przylega bez potrzeby zakładania szwów.

Chociaż LASIK jest uważany za niezwykle bezpieczny i skuteczny zabieg, nie jest pozbawiony wad. Sam akt cięcia tkanki, choć precyzyjny laserowo, nieodwracalnie narusza integralność strukturalną oka. Potencjalne skutki uboczne obejmują zespół suchego oka, problemy z widzeniem w nocy, takie jak olśnienie lub pojawianie się aureoli wokół źródeł światła, oraz w bardzo rzadkich przypadkach poważniejsze powikłania związane z płatkiem. Jak podkreśla profesor Hill, "LASIK to tak naprawdę tylko wyrafinowany sposób przeprowadzania tradycyjnej operacji. Nadal chodzi o rzeźbienie w tkance – tylko że zamiast skalpela używa się lasera." Pojawia się pytanie: a co, jeśli moglibyśmy osiągnąć ten sam, a nawet lepszy wynik, bez ani jednego cięcia?

Rewolucja na horyzoncie: Przekształcanie elektromechaniczne (EMR)

Odpowiedź na to pytanie leży w innowacyjnym podejściu zwanym przekształcaniem elektromechanicznym (EMR). Metoda ta, jak to często bywa w nauce, została odkryta niemal przypadkowo przez dr. Briana Wonga, profesora i chirurga na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine i współpracownika Hilla w projekcie. "Patrzyłem na żywe tkanki jak na materiały, które można modyfikować, i tak natknąłem się na cały ten proces modyfikacji chemicznej", wyjaśnia Wong.

Podstawa EMR leży w fundamentalnej strukturze tkanek kolagenowych, do których należy również rogówka. Kształt i wytrzymałość tych tkanek są utrzymywane dzięki złożonej sieci włókien kolagenowych i przyciąganiom elektrostatycznym między przeciwnie naładowanymi składnikami molekularnymi. Ponieważ tkanki te są bogate w wodę, przyłożenie niewielkiego potencjału elektrycznego do ich powierzchni może spowodować lokalną zmianę wartości pH, czyniąc tkankę bardziej kwaśną. Ta zmiana kwasowości tymczasowo "rozluźnia" sztywne wiązania w tkance, czyniąc ją giętką i podatną na kształtowanie. Gdy potencjał elektryczny zostanie wyłączony, a wartość pH wróci do normy, tkanka "zamyka się" w nowym, pożądanym kształcie.

Zanim skupili się na oku, badacze z powodzeniem zastosowali EMR do przekształcania chrząstki w uszach królików oraz do zmiany struktury blizn i skóry u świń, udowadniając wszechstronność i skuteczność tej technologii.

[Zdjęcie struktury ludzkiej rogówki]

Pierwsze eksperymenty na rogówce: Obiecujące wyniki bez skalpela

W najnowszych badaniach zespół naukowy zastosował tę technikę na izolowanych gałkach ocznych królików. Skonstruowali specjalistyczne "soczewki kontaktowe" wykonane z platyny, które służyły jako forma dla skorygowanego kształtu rogówki. Każdą soczewkę umieszczono na gałce ocznej zanurzonej w roztworze soli fizjologicznej, który symuluje naturalne środowisko łez. Platynowa soczewka służyła jednocześnie jako elektroda.

Stosując niewielki potencjał elektryczny na soczewce, badacze wygenerowali precyzyjną zmianę wartości pH w rogówce. W zaledwie sześćdziesiąt sekund krzywizna rogówki dostosowała się do kształtu soczewki. Cały proces trwa mniej więcej tyle samo co LASIK, ale wymaga znacznie mniej kroków, wykorzystuje tańszy sprzęt i, co najważniejsze, nie obejmuje żadnych cięć. Procedurę powtórzono на 12 oddzielnych gałkach ocznych, z których 10 potraktowano tak, jakby miały krótkowzroczność. We wszystkich 10 "krótkowzrocznych" przypadkach leczenie z powodzeniem osiągnęło docelową zmianę mocy ogniskowania oka, co w żywym organizmie odpowiadałoby znacznej poprawie widzenia.

Więcej niż korekcja wzroku: Potencjał w leczeniu chorób

Analizy wykazały, że komórki w rogówce przetrwały zabieg bez uszkodzeń, dzięki starannie kontrolowanemu gradientowi pH. Ale potencjał tej technologii wykracza poza samą korekcję dioptrii. W innych eksperymentach zespół wykazał, że ich technika może być w stanie odwrócić niektóre formy zmętnienia rogówki spowodowane chemikaliami. Jest to stan, który obecnie można leczyć jedynie poprzez pełny przeszczep rogówki, skomplikowany zabieg chirurgiczny, który niesie ze sobą ryzyko odrzucenia tkanki.

Droga do zastosowania klinicznego: Wyzwania i przyszłość

Mimo niezwykle obiecujących wstępnych wyników, badacze podkreślają, że praca jest wciąż na bardzo wczesnym etapie. Następny krok, jak opisuje go Wong, to "długi marsz przez szczegółowe i precyzyjne badania на zwierzętach", co obejmuje testowanie na żywych królikach, a nie tylko na ich izolowanych gałkach ocznych. Planują również ustalić pełny zakres możliwości EMR, czyli czy technikę można wykorzystać do korekcji wszystkich rodzajów wad refrakcji, w tym dalekowzroczności i astygmatyzmu.

Chociaż kolejne kroki są jasno określone, przyszłość projektu jest niepewna z powodu trudności w pozyskaniu finansowania na dalsze badania. "Długa droga od tego, co osiągnęliśmy, do zastosowania w klinice. Ale jeśli uda nam się dotrzeć do celu, ta technika ma potencjał do szerokiego zastosowania, będzie znacznie tańsza, a może nawet odwracalna", podsumowuje Hill, pozostawiając nadzieję, że wkrótce będziemy mogli być świadkami nowej ery w dbaniu o zdrowie oczu.