Resultados de la evaluación in vivo (a-c) e in vitro (d-f) de implantes de córnea impresos y no impresos con células en 3D. Imágenes ópticas del examen con lámpara de hendidura, Imágenes OCT transversales 2D (a, D), e imágenes de SHG de colágeno inespecífico (b, e) con análisis de distribución de la orientación fibrilar de colágeno (c, F). En el grupo de impresión de celdas en 3D, se mostró una mayor transparencia en comparación con el grupo no impreso y se reconstruyó el patrón estromal corneal por alineación de colágeno inducida por cizallamiento similar al de la córnea humana. Crédito:POSTECH
Cuando una persona tiene una córnea gravemente dañada, Se requiere un trasplante de córnea. Sin embargo, hay 2, 000 pacientes esperando la donación de córnea en el país a partir de 2018, y esperan una media de seis años o más por la donación. Por esta razón, muchos científicos están intentando desarrollar una córnea artificial. La córnea artificial existente utiliza colágeno recombinante o está hecha de sustancias químicas como polímero sintético. Por lo tanto, no se incorpora bien a la vista, tampoco es transparente después del implante de córnea.
Profesor Dong-Woo Cho de Ingeniería Mecánica, Profesora Jinah Jang de Ingeniería de Convergencia Creativa de TI, y la Sra. Hyeonji Kim de POSTECH, colaborando con el profesor Hong Kyun Kim de Oftalmología en la Escuela de Medicina de la Universidad Nacional de Kyungpook, 3-D imprimió una córnea artificial utilizando una tinta biológica hecha de estroma corneal descelularizado y células madre. Debido a que esta córnea está hecha de tinta biológica derivada del tejido corneal, es biocompatible, y la tecnología de impresión de células 3-D recapitula el microambiente corneal, por lo que su transparencia es similar a la córnea humana. Esta investigación se publicó recientemente en Biofabricación .
La córnea es una capa delgada más externa que cubre la pupila y protege el ojo del ambiente externo. Es la primera capa que admite luz y por lo tanto necesita ser transparente, moverse como se mueve la pupila, y tener flexibilidad. Sin embargo, se ha limitado a desarrollar una córnea artificial utilizando materiales sintéticos biocompatibles debido a las diferentes propiedades relacionadas con la córnea. Además, aunque muchos investigadores han intentado repetir el microambiente corneal para que sea transparente, los materiales utilizados en los estudios existentes tienen microestructuras limitadas para penetrar la luz.
Ilustración esquemática de la alineación de las fibras de colágeno dentro de la boquilla durante la extrusión de bioink. Crédito:POSTECH
La córnea humana está organizada en un patrón de celosía de fibrillas de colágeno. El patrón de celosía en la córnea está directamente asociado con la transparencia de la córnea, y muchas investigaciones han intentado replicar la córnea humana. Sin embargo, había una limitación en la aplicación al trasplante de córnea debido al uso de sustancias citotóxicas en el cuerpo, sus características corneales insuficientes, incluida la baja transparencia, etcétera. Para resolver este problema, El equipo de investigación utilizó el esfuerzo cortante generado en la impresión 3D para fabricar el patrón de celosía corneal y demostró que la córnea mediante el uso de una biotinta de matriz extracelular descelularizada derivada del estroma corneal era biocompatible.
En el proceso de impresión 3D, cuando la tinta de la impresora sale a través de una boquilla y pasa a través de la boquilla, Se produce una fuerza de fricción que luego produce un esfuerzo cortante. El equipo de investigación produjo con éxito una córnea artificial transparente con el patrón de celosía de la córnea humana mediante la regulación del esfuerzo cortante para controlar el patrón de las fibrillas de colágeno.
El equipo de investigación también observó que las fibrillas de colágeno remodeladas junto con la ruta de impresión crean un patrón de celosía similar a la estructura de la córnea humana nativa después de 4 semanas in vivo.
La profesora Jinah Jang dijo:"La estrategia sugerida puede lograr los criterios de transparencia y seguridad del estroma de la córnea diseñado. Creemos que dará esperanza a muchos pacientes que padecen enfermedades relacionadas con la córnea".
