Resultados da avaliação in vivo (a-c) e in vitro (d-f) de implantes de córnea impressos e não impressos em células 3D. Imagens ópticas do exame da lâmpada de fenda, Imagens 2D de corte transversal de OCT (a, d), e imagens SHG de colágeno não específico (b, e) com análise de distribuição de orientação fibrilar de colágeno (c, f). No grupo de células impressas em 3D, maior transparência foi exibida em comparação com o grupo não impresso e o padrão estromal da córnea pelo alinhamento do colágeno induzido por cisalhamento foi reconstruído de maneira semelhante à da córnea humana. Crédito:POSTECH
Quando uma pessoa tem uma córnea gravemente danificada, é necessário um transplante de córnea. Contudo, há 2, Mil pacientes aguardando a doação de córnea no país a partir de 2018, e aguardam em média seis anos ou mais pela doação. Por esta razão, muitos cientistas estão tentando desenvolver uma córnea artificial. A córnea artificial existente usa colágeno recombinante ou é feita de substâncias químicas, como polímero sintético. Portanto, não se incorpora bem aos olhos, nem é transparente após o implante de córnea.
Professor Dong-Woo Cho de Engenharia Mecânica, Professor Jinah Jang de Engenharia de Convergência de TI Criativa, e a Sra. Hyeonji Kim da POSTECH, colaborando com o professor Hong Kyun Kim de oftalmologia da Escola de Medicina da Universidade Nacional de Kyungpook, 3-D imprimiu uma córnea artificial usando uma bio-tinta feita de estroma corneano descelularizado e células-tronco. Como esta córnea é feita de bio-tinta derivada de tecido da córnea, é biocompatível, e a tecnologia de impressão de células 3-D recapitula o microambiente corneano, portanto, sua transparência é semelhante à da córnea humana. Esta pesquisa foi publicada recentemente em Biofabricação .
A córnea é uma fina camada externa que cobre a pupila e protege o olho do ambiente externo. É a primeira camada que admite luz e por isso precisa ser transparente, mova-se conforme a pupila se move, e ter flexibilidade. Contudo, limitou-se a desenvolver uma córnea artificial usando materiais biocompatíveis sintéticos devido às diferentes propriedades relacionadas à córnea. Além disso, embora muitos pesquisadores tenham tentado repetir o microambiente corneano para ser transparente, os materiais usados nos estudos existentes têm microestruturas limitadas para penetrar na luz.
Ilustração esquemática do alinhamento das fibras de colágeno dentro do bico durante a extrusão do bioink. Crédito:POSTECH
A córnea humana é organizada em um padrão de rede de fibrilas de colágeno. O padrão de rede na córnea está diretamente associado à transparência da córnea, e muitas pesquisas tentaram replicar a córnea humana. Contudo, havia uma limitação na aplicação de transplante de córnea devido ao uso de substâncias citotóxicas no organismo, suas características córneas insuficientes, incluindo baixa transparência, e assim por diante. Para resolver este problema, a equipe de pesquisa usou a tensão de cisalhamento gerada na impressão 3-D para fabricar o padrão de rede da córnea e demonstrou que a córnea usando uma bio-tinta de matriz extracelular descelularizada derivada do estroma da córnea era biocompatível.
No processo de impressão 3-D, quando a tinta da impressora sai por um bico e passa por ele, ocorre a força de atrito que então produz a tensão de cisalhamento. A equipe de pesquisa produziu com sucesso córnea artificial transparente com o padrão de treliça da córnea humana, regulando a tensão de cisalhamento para controlar o padrão de fibrilas de colágeno.
A equipe de pesquisa também observou que as fibrilas de colágeno remodeladas junto com o caminho de impressão criam um padrão de rede semelhante à estrutura da córnea humana nativa após 4 semanas in vivo.
A professora Jinah Jang disse, "A estratégia sugerida pode atingir os critérios de transparência e segurança do estroma da córnea projetado. Acreditamos que dará esperança a muitos pacientes que sofrem de doenças relacionadas à córnea."
