bijziendheid, of bijziendheid, is een groeiend probleem over de hele wereld. Er zijn nu twee keer zoveel mensen in de VS en Europa met deze aandoening als 50 jaar geleden. In Oost-Azië, 70 tot 90 procent van de tieners en jongvolwassenen is bijziend. Volgens sommige schattingen ongeveer 2,5 miljard mensen over de hele wereld kunnen in 2020 worden getroffen door bijziendheid.

Brillen en contactlenzen zijn eenvoudige oplossingen; een meer permanente is corneale refractieve chirurgie. Maar, terwijl oogcorrectiechirurgie een relatief hoog slagingspercentage heeft, het is een invasieve procedure, onderhevig aan postoperatieve complicaties, en in zeldzame gevallen permanent verlies van het gezichtsvermogen. In aanvulling, laser-geassisteerde oogcorrectie-operaties zoals laser in situ keratomileusis (LASIK) en fotorefractieve keratectomie (PRK) maken nog steeds gebruik van ablatieve technologie, die het hoornvlies kan verdunnen en in sommige gevallen kan verzwakken.

Columbia Engineering-onderzoeker Sinisa Vukelic heeft een nieuwe niet-invasieve benadering ontwikkeld om het zicht permanent te corrigeren, die veelbelovend is in preklinische modellen. Zijn methode maakt gebruik van een femtoseconde oscillator, een ultrasnelle laser die pulsen van zeer lage energie levert met een hoge herhalingssnelheid, voor selectieve en gelokaliseerde wijziging van de biochemische en biomechanische eigenschappen van hoornvliesweefsel. De techniek, die de macroscopische geometrie van het weefsel verandert, is niet-chirurgisch en heeft minder bijwerkingen en beperkingen dan bij refractieve operaties. Bijvoorbeeld, patiënten met dunne hoornvliezen, droge ogen, en andere afwijkingen kunnen geen refractieve chirurgie ondergaan. De studie, die kunnen leiden tot een behandeling voor bijziendheid, verziendheid, astigmatisme, en onregelmatig astigmatisme, werd gepubliceerd op 14 mei in Natuurfotonica .

"We denken dat onze studie de eerste is die dit laseroutput-regime gebruikt voor niet-invasieve verandering van cornea-kromming of behandeling van andere klinische problemen, " zegt Vukelic, die docent vakdiscipline is bij de afdeling werktuigbouwkunde. Zijn methode gebruikt een femtoseconde-oscillator om de biochemische en biomechanische eigenschappen van collageen weefsel te veranderen zonder celbeschadiging en weefselverstoring te veroorzaken. De techniek zorgt voor voldoende vermogen om een ​​plasma met lage dichtheid te induceren binnen het ingestelde brandpuntsvolume, maar transporteert niet genoeg energie om schade aan het weefsel in het behandelingsgebied te veroorzaken.

"We hebben plasma met een lage dichtheid gezien bij beeldvorming met meerdere foto's, waar het als een ongewenste bijwerking werd beschouwd, " zegt Vukelic. "We waren in staat om deze bijwerking om te zetten in een levensvatbare behandeling voor het verbeteren van de mechanische eigenschappen van collagene weefsels."

De kritische component van Vukelic's benadering is dat de inductie van plasma met een lage dichtheid ionisatie van watermoleculen in het hoornvlies veroorzaakt. Deze ionisatie creëert een reactieve zuurstofsoort, (een soort onstabiel molecuul dat zuurstof bevat en gemakkelijk reageert met andere moleculen in een cel), die op zijn beurt interageert met de collageenfibrillen om chemische bindingen te vormen, of kruisbestuivingen. De selectieve introductie van deze verknopingen induceert veranderingen in de mechanische eigenschappen van het behandelde hoornvliesweefsel.

Wanneer zijn techniek wordt toegepast op hoornvliesweefsel, de verknoping verandert de collageeneigenschappen in de behandelde gebieden, en dit resulteert uiteindelijk in veranderingen in de algemene macrostructuur van het hoornvlies. De behandeling ioniseert de doelmoleculen in het hoornvlies terwijl optische afbraak van het hoornvliesweefsel wordt vermeden. Omdat het proces fotochemisch is, het verstoort het weefsel niet en de geïnduceerde veranderingen blijven stabiel.

"Als we deze veranderingen zorgvuldig afstemmen, we kunnen de kromming van het hoornvlies aanpassen en zo de brekingskracht van het oog veranderen, ", zegt Vukelic. "Dit is een fundamentele afwijking van de reguliere ultrasnelle laserbehandeling die momenteel wordt toegepast in zowel onderzoeks- als klinische omgevingen en vertrouwt op de optische afbraak van de doelmaterialen en de daaropvolgende vorming van cavitatiebellen."

"Refractieve chirurgie bestaat al vele jaren, en hoewel het een volwassen technologie is, het veld is op zoek naar een levensvatbare, langdurig minder invasief alternatief, " zegt Leejee H. Suh, Miranda Wong Tang Universitair hoofddocent oogheelkunde aan het Columbia University Medical Center, die niet bij het onderzoek betrokken was. "De volgende generatie modaliteit van Vukelic is veelbelovend. Dit zou een grote stap vooruit kunnen zijn bij het behandelen van een veel grotere wereldbevolking en het aanpakken van de bijziendheidpandemie."

De groep van Vukelic bouwt momenteel aan een klinisch prototype en is van plan tegen het einde van het jaar klinische proeven te starten. Hij is ook op zoek naar een manier om het gedrag van het hoornvlies te voorspellen als een functie van laserstraling, hoe het hoornvlies zou kunnen vervormen als een kleine cirkel of een ellips, bijvoorbeeld, waren behandeld. Als onderzoekers weten hoe het hoornvlies zich zal gedragen, ze kunnen de behandeling personaliseren - ze kunnen het hoornvlies van een patiënt scannen en vervolgens het algoritme van Vukelic gebruiken om patiëntspecifieke veranderingen aan te brengen om zijn/haar gezichtsvermogen te verbeteren.

"Wat vooral opwindend is, is dat onze techniek niet beperkt is tot oculaire media - het kan worden gebruikt op andere collageenrijke weefsels, " Vukelic voegt toe. "We hebben ook samengewerkt met het laboratorium van professor Gerard Ateshian om vroege artrose te behandelen, en de voorlopige resultaten zijn zeer, zeer bemoedigend. We denken dat onze niet-invasieve aanpak het potentieel heeft om wegen te openen om collageen weefsel te behandelen of te herstellen zonder weefselbeschadiging te veroorzaken."