I fluidi e le secrezioni corporee umane contengono molecole note come biomarcatori che contengono una grande quantità di informazioni sulla salute del corpo e sulla presenza di malattie. Tra le secrezioni, le lacrime sono considerate la migliore fonte di biomarcatori, con concentrazioni simili a quelle trovate nel sangue. Le lacrime sono anche sterili, prontamente disponibili e meno suscettibili agli effetti dannosi del cambiamento di temperatura, dell'evaporazione e della velocità di secrezione.
Un team collaborativo, che include anche un gruppo del Terasaki Institute for Biomedical Innovation, ha sviluppato un metodo di fabbricazione per affrontare tutte le sfide nella realizzazione di lenti a contatto in idrogel diagnostiche e terapeutiche per il rilevamento di biomarcatori (qui trovate lo studio completo).
L'importanza dei biomarcatori
I biomarcatori utili e misurabili trovati nelle lacrime includono gli ioni di sodio, utili indicatori della sindrome dell'occhio secco (affligge il 25% degli italiani), e le molecole di glucosio, uno strumento diagnostico precoce per il diabete. Inoltre, la misurazione del pH delle lacrime può essere utilizzata per verificare la vitalità cellulare, l'efficacia del farmaco e i segni di malattia.
Per questo, la capacità di raccogliere le lacrime in modo efficace e di misurare il loro pH e i livelli di biomarcatori in tempo reale è molto importante. L'approccio esplorato dal team del Terasaki Institute è basato sull'idea dei biosensori per arrivare ad ottenere lenti a contatto diagnostiche e terapeutiche. Tali lenti a contatto includerebbero minuscoli canali sulla loro superficie per guidare il flusso delle lacrime in minuscoli serbatoi per la raccolta e il monitoraggio. Smart Lens dalle capacità formidabili, per dirla in breve.
Lenti a contatto diagnostiche e terapeutiche: ipotesi idrogel
Materiali flessibili e trasparenti, noti come idrogel, sono attualmente utilizzati in commercio anche per realizzare lenti a contatto. Sono facili da lavorare e convenienti. Tuttavia, ad oggi, non si è dimostrato che siano materiali ideali con cui modellare canali e serbatoi, poiché sono sensibili alle tecniche di fabbricazione necessarie.
In studi precedenti, gli idrogel hanno avuto meno fortuna. Sono stati vulnerabili a deformazioni causate dai solventi o dalle condizioni di temperatura e vuoto che sono richieste da alcuni metodi di fabbricazione. Altri metodi hanno prodotto canali di idrogel con superfici ruvide o dimensioni non uniformi.
La ricerca
Il team ha iniziato ottimizzando i componenti dell'idrogel per ottenere caratteristiche elastiche che consentissero loro di ingegnerizzarlo in varie forme con un profilo superficiale liscio. Successivamente hanno modellato microcanali nell'idrogel con l'uso di una forma stampata in 3D. La fase finale del processo di fabbricazione è stata quella di raccogliere i canali dell'idrogel legando uno strato aggiuntivo di idrogel sulla superficie del microcanale.
Una volta completato, il prototipo è stato ampiamente testato nel convogliare e raccogliere i fluidi. La portata delle lacrime (artificiali) nei canali sono state misurate a diversi livelli di idratazione. Da notare anche che quando l'idrogel era leggermente disidratato, il flusso di liquido nei canali si interrompeva, ma quando veniva applicata una pressione ritmica aggiuntiva, il flusso riprendeva. Questa è stata un'importante dimostrazione a sostegno dell'ipotesi che il battito delle palpebre fornirebbe anche la pressione necessaria e l'idratazione aggiuntiva per favorire il flusso lacrimale nella lente a contatto e, quindi, nell'occhio.
Oltre alla riuscita fabbricazione di microcanali in idrogel per lenti a contatto commerciali diagnostiche e terapeutiche, abbiamo anche scoperto che la pressione del battito di ciglia può facilitare lo scambio lacrimale nella lente attraverso questi microcanali. Questa è una scoperta entusiasmante. E spiana la strada per prevenire la malattia dell'occhio secco, una condizione che si trova comunemente nei portatori di lenti a contatto. Miriamo a sviluppare una lente a contatto brevettata che tratti attivamente questa condizione migliorando il flusso lacrimale negli occhi.
Shiming Zhang, Ph.D., team di ricerca dell'Istituto Terasaki
Le possibili applicazioni di nuove lenti a contatto diagnostiche e terapeutiche
"La produzione del prototipo di successo qui descritto e gli sforzi per perfezionarne le capacità segnano un progresso significativo nel biosensing delle lenti a contatto." A dirlo è Ali Khademhosseini, Ph.D., direttore e CEO del Terasaki Institute. "Questo lavoro innovativo si adatta bene alla missione del nostro istituto di creare soluzioni che ripristinino o migliorino la salute delle persone".
