Жидкости и выделения человеческого тела содержат молекулы, известные как биомаркеры которые содержат большой объем информации о здоровье организма и наличии заболеваний. Среди секретов слезы считаются лучшим источником биомаркеров, концентрации которых аналогичны концентрациям в крови. Слезы также стерильны, легко доступны и менее восприимчивы к разрушительному воздействию изменения температуры, испарения и скорости секреции.
Совместная команда, в которую также входит группа Институт биомедицинских инноваций им. Терасаки, разработала метод производства для решения всех проблем при создании диагностических и терапевтических гидрогелевых контактных линз для обнаружения биомаркеров (здесь вы можете найти полное исследование).
Важность биомаркеров
Полезные и измеримые биомаркеры, обнаруженные в слезах, включают: ионы натрия, полезные индикаторы синдрома сухого глаза (от которого страдают 25% итальянцев) и молекулы глюкозы, инструмент ранней диагностики диабета. Кроме того, измерение pH слезы можно использовать для проверки жизнеспособности клеток, эффективности лекарств и признаков заболевания.
Поэтому возможность эффективно собирать слезы и измерять их pH и уровни биомаркеров в режиме реального времени очень важна. Подход, изучаемый командой Института Терасаки, основан на идее использования биосенсоров для получения диагностических и терапевтических контактных линз. Такие контактные линзы будут иметь крошечные каналы на своей поверхности, которые будут направлять поток слез в крошечные резервуары для сбора и отслеживания. Умная линза с огромными возможностями, короче говоря.
Диагностические и лечебные контактные линзы: гипотеза гидрогеля
Гибкие и прозрачные материалы, известные как гидрогели, в настоящее время также используются в коммерческих целях для изготовления контактных линз. С ними легко работать и они доступны по цене. Однако до настоящего времени не было показано, что они являются идеальными материалами для моделирования каналов и резервуаров, поскольку они чувствительны к необходимым технологиям производства.
В предыдущих исследованиях гидрогелям повезло меньше. Они были уязвимы к деформациям, вызванным растворителями или условиями температуры и вакуума, которые требуются для некоторых производственных методов. Другие методы позволили получить каналы из гидрогеля с шероховатой поверхностью или неоднородными размерами.
Исследование
Команда начала с оптимизации компонентов гидрогеля для достижения эластичных характеристик, которые позволили бы им придавать ему различные формы с гладким профилем поверхности. Затем они нарисовали микроканалы в гидрогеле, используя форму, напечатанную на 3D-принтере. Последним этапом процесса изготовления был сбор гидрогелевых каналов путем приклеивания дополнительного слоя гидрогеля к поверхности микроканалов.
После завершения прототип был тщательно протестирован на транспортировку и сбор жидкостей. Скорость потока (искусственных) слез в каналах измеряли при различных уровнях гидратации. Также следует отметить, что при незначительном обезвоживании гидрогеля течение жидкости в каналах прекращалось, но при приложении дополнительного ритмического давления течение возобновлялось. Это была важная демонстрация в поддержку гипотезы о том, что моргание также обеспечивает необходимое давление и дополнительную гидратацию, способствующую потоку слез в контактные линзы и, следовательно, в глаз.
Помимо успешного изготовления гидрогелевых микроканалов для коммерческих диагностических и терапевтических контактных линз, мы также обнаружили, что давление при моргании может способствовать обмену слез в хрусталике через эти микроканалы. Это захватывающее открытие. И это открывает путь к предотвращению синдрома сухого глаза – состояния, которое обычно встречается у тех, кто носит контактные линзы. Мы стремимся разработать запатентованную контактную линзу, которая активно лечит это заболевание, улучшая слезоотделение в глазах.
Шимин Чжан, доктор философии, исследовательская группа Института Терасаки
Возможности применения новых диагностических и терапевтических контактных линз
«Производство описанного здесь успешного прототипа и усилия по совершенствованию его возможностей знаменуют собой значительный прогресс в биосенсорстве контактных линз». Сказать, что это Али Хадемхоссейни, доктор философии, директор и генеральный директор Института Терасаки. «Эта инновационная работа хорошо соответствует миссии нашего института по созданию решений, восстанавливающих или улучшающих здоровье людей».
