Ett team av forskare under ledning av Caltechs Hyuck Choo har utvecklat ett ögonimplantat för glaukompatienter som en dag kan leda till mer läglig och effektiv behandling.

Om du någonsin varit hos en ögonläkare, du har förmodligen fått ditt ögontryck kontrollerat:med hakan vilande på ett stöd för att hålla huvudet stilla, läkaren trycker på ditt öga antingen via en bloss varm luft eller genom att försiktigt trycka en sond mot ögats yta. Genom att mäta hur mycket ytan deformeras som ett resultat av en känd mängd tryck, ögonläkaren kan beräkna en grov uppskattning av det intraokulära trycket.

Även om det är tillräckligt effektivt för rutinmässiga ögonundersökningar, tekniken är inte tillräcklig för patienter som lider av glaukom. DrDeramus drabbar mer än 2 miljoner människor i USA, och är den näst vanligaste orsaken till blindhet efter grå starr. Det är faktiskt en familj av ögonsjukdomar som kännetecknas av ett ökat tryck av vätskan inuti ögat. Det trycket skadar synnerven på baksidan av ögat.

Glaukompatienter kan uppleva episoder av förhöjt ögontryck som uppstår relativt plötsligt, under loppet av några timmar. För att förhindra permanent skada, det är viktigt att snabbt applicera medicin för att minska trycket. Som sådan, glaukompatienter skulle dra nytta av enklare och mer exakta avläsningar, säger Choo, biträdande professor i elektroteknik vid avdelningen för teknik och tillämpad vetenskap och en Heritage Medical Research Institute Investigator.

"För glaukompatienter, det är viktigt att kunna ta regelbundna och exakta mätningar av ögontrycket. Det skulle vara bra om det inte krävde att ständigt besöka en läkarmottagning, " han säger.

Choo leder ett team på Andrew och Peggy Cherngs avdelning för medicinsk teknik på Caltech som har utvecklat ett nytt ögonimplantat utformat för att mäta intraokulärt tryck. Medan han fortfarande finjusterar sin design, han uppskattar att den kan vara redo för FDA-granskning inom några år.

Ögonimplantat för att mäta tryck finns redan, men dessa enheter är flera millimeter i diameter - skrymmande för ett föremål som måste föras in i ögat - eftersom de kräver batteridriven elektronik såväl som antenner för att överföra data de samlar in.

Däremot Choo har utvecklat ett passivt system som undviker elektronik och behöver därför inga batterier och har inga antenner. Med bara 600–800 mikrometer i diameter, sensorn är bredden på några hårstrån. Den består av en platt cylinder, bara 600 mikrometer i total höjd, med en reflekterande yta på baksidan och ett deformerbart membran framtill. Den lilla prylen är designad för att implanteras precis under ögats yta, där den kan upptäcka tryckförändringar i ögonvätska.

För att mäta trycket inuti ögat, en handhållen enhet, designad av teamet, används för att lysa ett ljus på implantatet. Ändring av ögontrycket deformerar implantatets membran, ändra avståndet mellan membranet och den reflekterande ytan; detta, i tur och ordning, ändrar våglängden på ljuset som reflekteras från den ytan. Mätning av det reflekterade ljusets våglängd, sedan, ger ett direkt mått på intraokulärt tryck.

"En läkare implanterar sensorn i ögat, och sedan kan du skanna den när du vill med en enhet som är lika enkel att använda som en streckkodsläsare i kassan i en stormarknad, " säger Vinayak Narasimhan, doktorand i medicinteknik.

En mindre enhet skulle kunna sättas in med ett mindre snitt som skulle tillåta patienter att återhämta sig snabbare. Ytterligare, eftersom de saknar elektronik, Choos implantat har en potentiellt obegränsad livslängd.

Ett hinder som alla bioimplantat möter, dock, nedsmutsar av kroppens egna försvarsmekanismer. Till en vit blodkropp, ett synbesparande ögonimplantat är inte annorlunda än en synförstörande mikrob. Båda kommer att behandlas som en utländsk inkräktare, och attackerade. Detta immunsystemangrepp kan leda till ansamling av cellulärt material runt implantaten, minska deras effektivitet.

En potentiell lösning, som Choo och hans team rapporterade i en ny tidning i tidskriften Avancerat vårdmaterial , innebär att man använder en yttre ring gjord av kisel som är "grov" på nanoskala, så att den sprider ljus istället för att reflektera det. Den ljusspridande grova ytan – som ger ringen ett svart utseende – avskräcker också celler från att haka fast på enheten, förhindrar att den fastnar av biomaterial efter implantation. Vidare, det faktum att svart kisel inte reflekterar ljus så bra gör det lättare för den handhållna sensorn att få en avläsning från den reflekterande ytan inuti enheten.

Nästa, teamet planerar att utforska andra material som ytterligare kan förbättra enhetens funktionalitet.