Prototipo ingrandito di lente biosensore con serbatoi.Le lenti a contatto appositamente progettate utilizzano le lacrime per monitorare la salute del paziente
(LOS ANGELES) – 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 come lacrime, sudore e saliva, 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.
I biomarcatori utili e misurabili trovati nelle lacrime includono gli ioni di sodio, che sono utili indicatori della malattia dell’occhio secco, 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.
Pertanto, la capacità di raccogliere le lacrime in modo efficace e di misurare il loro pH e i livelli di biomarcatori in tempo reale è altamente desiderabile. Un approccio che viene attivamente esplorato è l’idea dei biosensori per lenti a contatto. Tali lenti a contatto potrebbero essere progettate per includere minuscoli canali sulla loro superficie per guidare il flusso delle lacrime in minuscoli serbatoi per la raccolta e il monitoraggio.
Materiali flessibili e trasparenti, noti come idrogel, vengono attualmente utilizzati in commercio 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. Negli sforzi precedenti, gli idrogel sono stati vulnerabili alle deformità causate dai solventi o dalle condizioni di temperatura e vuoto richieste da alcuni metodi di fabbricazione. Altri metodi hanno prodotto canali di idrogel con superfici ruvide o dimensioni non uniformi.
Un team collaborativo, che include 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 per il rilevamento di biomarcatori. Il team ha iniziato ottimizzando i componenti dell’idrogel per ottenere caratteristiche elastiche che gli permettessero di essere ingegnerizzato in varie forme con un profilo superficiale liscio. Successivamente hanno modellato i microcanali nell’idrogel con l’uso di uno stampo stampato in 3D. La fase finale del processo di fabbricazione è stata quella di racchiudere i canali dell’idrogel legando uno strato aggiuntivo di idrogel sulla superficie del microcanale.
Una volta che il prototipo di successo è stato completato, è stato ampiamente testato per le sue prestazioni nel convogliare e raccogliere i fluidi. Le portate di lacrime artificiali nei canali sono state misurate a diversi livelli di idratazione, con flusso zero misurato a completa disidratazione e flusso spontaneo completo osservato a piena idratazione.
Un’osservazione degna di nota durante questi test è stata 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 l’ammiccamento degli occhi fornirebbe anche la pressione necessaria e l’idratazione aggiuntiva necessaria per consentire il flusso lacrimale nella lente a contatto e, quindi, nell’occhio.
“Oltre alla nostra riuscita fabbricazione di microcanali in idrogel per lenti a contatto commerciali, abbiamo anche scoperto che la pressione del battito di ciglia può facilitare lo scambio lacrimale nella lente attraverso questi microcanali, ha detto Shiming Zhang, Ph.D., del team di ricerca dell’Istituto Terasaki. “Questa è una scoperta entusiasmante perché apre la possibilità alle lenti di essere un mezzo 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 “.
Il team ha successivamente prototipato i sensori per raccogliere, testare e misurare i livelli di pH delle lacrime artificiali che fluiscono attraverso i microcanali. Sono stati testati anche i livelli di sodio ei risultati hanno mostrato un intervallo di rilevamento del sodio accettabile e previsto per scopi diagnostici.
Ulteriori obiettivi sarebbero mettere a punto fattori come l’umidità, l’idratazione dell’idrogel e la pressione applicata al fine di migliorare tutte le velocità di flusso e le dinamiche della lente a contatto biosensoriale. Ci sono anche piani per sperimentare canali più piccoli in film di idrogel più sottili prima che venga ideata una lente a contatto finale.
“La produzione del prototipo di successo qui descritto e gli sforzi continui per perfezionarne le capacità segnano un progresso significativo nel biosensing delle lenti a contatto”, ha detto 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”.
