Wanneer een persoon een ernstig beschadigd hoornvlies heeft, een hoornvliestransplantatie is vereist. Echter, er zijn er 2, 000 patiënten wachten op de hoornvliesdonatie in het land vanaf 2018, en ze wachten gemiddeld zes jaar of langer op de donatie. Om deze reden, veel wetenschappers proberen een kunstmatig hoornvlies te ontwikkelen. Het bestaande kunstmatige hoornvlies maakt gebruik van recombinant collageen of is gemaakt van chemische stoffen zoals synthetisch polymeer. Daarom, het past niet goed bij het oog, het is ook niet transparant na het hoornvliesimplantaat.

Professor Dong-Woo Cho van Werktuigbouwkunde, Professor Jinah Jang van Creative IT Convergence Engineering, en mevrouw Hyeonji Kim bij POSTECH, in samenwerking met professor Hong Kyun Kim van oogheelkunde aan de Kyungpook National University School of Medicine, 3D heeft een kunstmatig hoornvlies geprint met behulp van een bio-inkt gemaakt van ontceld hoornvliesstroma en stamcellen. Omdat dit hoornvlies is gemaakt van van hoornvliesweefsel afgeleide bio-inkt, het is biocompatibel, en 3D-celprinttechnologie recapituleert de micro-omgeving van het hoornvlies, dus de transparantie is vergelijkbaar met het menselijk hoornvlies. Dit onderzoek is onlangs gepubliceerd op Biofabricage .

Het hoornvlies is een dunne buitenste laag die de pupil bedekt en het oog beschermt tegen de externe omgeving. Het is de eerste laag die licht doorlaat en moet daarom transparant zijn, bewegen als de leerling beweegt, en flexibel zijn. Echter, het is beperkt geweest om een ​​kunstmatig hoornvlies te ontwikkelen met synthetische biocompatibele materialen vanwege verschillende aan het hoornvlies gerelateerde eigenschappen. In aanvulling, hoewel veel onderzoekers hebben geprobeerd de micro-omgeving van het hoornvlies te herhalen om transparant te zijn, de materialen die in bestaande studies zijn gebruikt, hebben beperkte microstructuren om door het licht te dringen.

Het menselijk hoornvlies is georganiseerd in een roosterpatroon van collageenfibrillen. Het roosterpatroon in het hoornvlies is direct geassocieerd met de doorzichtigheid van het hoornvlies, en veel onderzoeken hebben geprobeerd het menselijke hoornvlies te repliceren. Echter, er was een beperking in de toepassing van hoornvliestransplantatie vanwege het gebruik van cytotoxische stoffen in het lichaam, hun onvoldoende hoornvlieskenmerken, waaronder lage transparantie, enzovoort. Om dit probleem op te lossen, het onderzoeksteam gebruikte schuifspanning gegenereerd in het 3D-printen om het hoornvliesroosterpatroon te vervaardigen en toonde aan dat het hoornvlies met behulp van een van het hoornvlies afkomstig stroma-afgeleide gedecellulariseerde extracellulaire matrix bio-inkt biocompatibel was.

Bij het 3D-printproces wanneer inkt in de printer naar buiten komt via een spuitmondje en door de spuitmond gaat, wrijvingskracht die vervolgens schuifspanning veroorzaakt. Het onderzoeksteam produceerde met succes een transparant kunsthoornvlies met het roosterpatroon van het menselijke hoornvlies door de schuifspanning te reguleren om het patroon van collageenfibrillen te beheersen.

Het onderzoeksteam merkte ook op dat de collageenfibrillen die samen met het afdrukpad werden hermodelleerd, na 4 weken in vivo een roosterpatroon creëren dat lijkt op de structuur van het natuurlijke menselijke hoornvlies.

Professor Jinah Jang zei:"De voorgestelde strategie kan voldoen aan de criteria voor zowel transparantie als veiligheid van gemanipuleerde cornea stroma. We denken dat het hoop zal geven aan veel patiënten die lijden aan cornea-gerelateerde ziekten."