CORNEA
Il sistema diottrico inizia con la cornea, una membrana trasparente che copre l’occhio e permette il passaggio di luce. È costituita da tre strati monocellulari:
- Epitelio: in caso di danni o malattie si opacizza, diminuendo la capacità visiva.
- Endotelio: monostrato di cellule endoteliali, se intatto permette la non disidratazione della cornea e chiarezza, non è in grado di rigenerarsi se danneggiato
- Stroma: occupa il 90% del volume totale della cornea, è speso ed è formato da fibroblasti, acido ialuronico, materiale fibroso e acqua. La trasparenza del tessuto è dovuta alla diversa orientazione delle fibre di collagene.
Strutturalmente è un tessuto semplice, non vascolarizzato, ma per realizzarla si deve tener presente che interagisce con l’acqua e non si devono depositare cellule e lipidi per non renderla opaca.
Patologie: - Opacizzazione: quando la cornea perde trasparenza diventa opaca e blocca il passaggio di luce - Cecità
Soluzioni:
- Trapianto: da cadavere, costi elevati e tempi di attesa lunghi
- Cheratoprotesi: si usano cornee artificiali quando lo stato della patologia è molto avanzato o si potrebbe avere rigetto. Ad oggi si usano sostituti artificiali a base di polimeri di sintesi, ma vi sono ancora problemi di scarsa integrazione con i tessuti ospite e remodelling dell’impianto, quindi si stanno studiando nuovi tipi.
La protesi deve permette la crescita dell’epitelio, rimanere trasparente (le cellule della periferia potrebbero ricolonizzare la cornea) e mantenere l’omeostasi naturale.
È stato creato un dispositivo ibrido: il materiale sintetico (PMMA) assicura la trasparenza, mentre il materiale naturale può portare alla rigenerazione del tessuto endoteliale. Non si usa tutta la cornea naturale perché deve essere perfetta, la parte usata porta a rigenerazione anche se non è perfetta.
La prima generazione di protesi era costituita da PMMA (parte centrale) e PTFE espanso (supporto), ma era troppo rigida e aveva problemi dovuti alla geometria e allo spessore del PMMA.
Nella seconda generazione si cercò di utilizzare geometri e materiali più simili alla cornea naturale per ottenere una maggiore integrazione e funzionalità. Furono usati ePTFE e PDMS rivestito di PVP (polivinilpirrolidone) per garantire trasparenza, anche questo tentativo fallì a causa della scarsa integrazione.
Si decise quindi di utilizzare un idrogelo (PHEMA, poli-idrossi-etil-metacrilato) con diverse concentrazioni di acqua tra interno ed esterno, così che la parte esterna fosse in grado di assorbire fluidi e quindi cellule per promuovere l’integrazione. IPN = rete interpenetrata, la parte interna e quella periferica sono unite tra loro tramite una zona in cui i due materiali sono interpenetrati
Un’altra alternativa è l’utilizzo di idrogeli interpenetrati composti da PEG (no adesione proteine) e acido poliacrilico (superassorbente)
Recentemente si è cercato di produrre delle cornee stampate in 3D.
CRISTALLINO
Un secondo elemento dell’occhio è il cristallino, anch’esso trasparente è appeso dietro all’iride ed è agganciato con piccoli legamenti al muscolo cigliare che è in grado di modificarne la forma, aumentare o ridurre la curvatura per convergere i raggi della luce. Con l’età il cristallino diventa più scuro e rigido, inizialmente si perde la capacità di vedere da vicino, si forma la cataratta.
Interventi:
- Laser: rimodellamento della superficie anteriore dell’occhio, si può togliere l’opacità sul cristallino con un intervento meno invasivo, le limitazioni sono dovute allo spessore del cristallino perché se non è spesso viene lesionato dalla rimozione delle superficie.
- Sostituzione: il cristallino opaco viene sostituito con una lente trasparente intraoculare (IOL).
Inizialmente erano in PMMA perché non dà una risposta biologica, ma erano lenti rigide. In seguito, furono sviluppate lenti in silicone ripiegabili, che minimizzavano le incisioni chirurgiche e i tempi di recupero del paziente. Ad oggi il silicone non viene più utilizzato, si usano lenti acriliche idrofobiche, che tendono ad accumulare acqua formando piccoli vacuoli, idrofiliche, che sono pieghevoli di per sé perché sono idrogeli ma tendono a dare problemi di cataratta secondaria, e IOL ad alto indice di rifrazione, che evitano la disfotopsia ovvero la visione di archi di luce.
Normalmente le lenti sono monopezzo o tre pezzi, cioè con materiali diversi. La cataratta secondaria è una proliferazione di cellule sulla superficie della lente, per risolvere il problema si può pulire la lente con un raggio laser. Pr evitare questo le lenti attuali sono state costruite a margine angolato (spigoli vivi), anziché stondato, perché più è acuto l’angolo meno è probabile la proliferazione delle cellule, ma potrebbero esserci problemi di aloni e abbagliamenti. Le ultime lenti sviluppate correggono anche difetti ottici come astigmatismo, miopia e presbiopia. Ci sono lenti multifocali, che sono state create in maniera difrattiva per avere più fuochi sulla retina attraverso più cerchi, è il paziente che deve scegliere il fuoco giusto.
Tipi di IOL:
- Acriliche idrofobiche: rigide, PMMA --> ottenute per compression molding, alta trasparennza, alto indice di rifrazione, superficie idrofobica per evitare l’adesione di cellule dell’endotelio e infiammatorie che diminuirebbero la trasparenza. Per rendere la lente meno idonea all’assorbimento di proteine sono stati fatti trattamenti superficiali con eparina e fosforilcolina, che possono rallentare il fenomeno di
offuscamento. Si possono fare anche trattamenti al plasma per innestare dei gruppi chimici sulla superficie come atomi di fluoro, che impediscono l’assorbimento di proteine, migliorando la durata della protesi.
- Acriliche idrofobiche pieghevoli: presentano anelli aromatici che rendono il materiale molto più idrofobico rispetto al PMMA, ma anche più flessibile perché viene ridotta la Tg (Tg del PMMA intorno ai 100°C) mantenendo il gruppo acrilato in catena
- Acriliche idrofiliche: HEMA
- Siliconiche: è idrofobico, ma è molto flessibile e ha caratteristiche elastomeriche.
NB: non a memoria di forma, ma la memoria di forma si riferisce al recupero elastico!!!
Innovazioni:
- IOL iniettabili: composte da PEGDA (polietilenglicole-diacrilato) a basso peso molecolare, copolimero acrilato modificato con polivinilpirrolidone e PVA e fotoiniziatore. Dopo aver rimosso il cristallino, si inizetta il materiale che viene fatto polimerizzare attraverso radiazione UV (fotoreticolabile). Il PEG di per sé è lineare, viene aggiunto il DA per permettere la reticolazione, inerte, non promuove l’assorbimento di proteine.
- IOL per correzione difetti
RETINA
La retina è la parte più interna dell’occhio, è un tessuto costituito da diversi strati di cellule che riveste la superficie interna della sfera, è fondamentale per tradurre in stimolo visivo la luce (fotorecettori).
Patologie: - Maculopatia: degenerazione delle cellule della macula
- Retinopatia diabetica: danneggiamento dei capillari della retina dovuto a insorgere di patologia diabetica
--> curate con farmaci
- Distacco della retina: è una patologia chirurgica, ovvero per essere risolta deve essere operata, in cui la retina viene rotta a causa di un’elevata contrazione del gel vitreo, che col tempo si deteriora. La rottura fa si che i liquidi passino al di sotto della retina, aumentandone il distacco.
Causa perdita della funzionalità visiva perché non depolarizza (generare flussi elettrici), non riceve ossigeno e nutrienti perché non è appoggiata alla parete, diventa irreversibile se non viene riattaccata
Approccio chirurgico:
- Vitrectomia: rimozione meccanica del vitreo, la retina viene riespansa per farla aderire nuovamente, procedura più invasiva
- Cerchiaggio: applicazione di una fascia che preme nuovamente la retina contro la parete del bulbo, in alcuni casi è accoppiato con piombaggio, ovvero l’apposizione di un ulteriore elemento siliconico che apporta maggiore pressione nel punto di distacco.
Problemi:
- Erosione della sclera : il cerchiaggio fatto di materiali rigidi porta all’erosione della sclera, quindi ci sono frammenti di tessuto, che generano reazione infiammatoria in sito
- Aumento pressione intraoculare
- Risposta infiammatoria: non solo dovuta a erosione, ma anche al materiale
- Friabilità: degradazione, frammentazione, caratteristiche meccaniche troppo base come negli idrogeli - Migrazione: fascia si muove
- Corpo estraneo: paziente percepisce qualcosa nell’occhio
Materiali:
PDMS: inerte, non aderisce ai tessuti circostanti. In forma compatta presenta una superficie più uniforme e ostacola la crescita dei tessuti fibrotici, è facile da rimuovere. In forma porosa ha una struttura a celle chiuse che lo rendono più deformabile/sagomabile e quindi meno invasivo, ha un maggior effetto di cerchiaggio che migliora le fasi post-intervento, può essere caricato di antibiotici per limitare la colonizzazione batterica all’impianto (solitamente il paziente deve mettersi il collirio)
Polietilene: dà problemi di erosione della sclera e aumento di pressione intraoculare Poliestere: leggeri problemi di erosione, trascurabile risposta infiammatoria
PTFE solido: teflon, non espanso, problemi leggeri di erosione della sclera e aumento di pressione, trascurabile risposta infiammatoria
PTFE poroso: gorotex, lievi problemi di erosione, pressione, sensazione di corpo estraneo e dolore, risposta avversa leggera
Idrogeli: elevati problemi di friabilità, trascurabile migrazione, sensazione di corpo estraneo e dolore
Sono in corso studi per cercare di creare una rete artificiale con chip, che però non garantiscono una visione ottimale. Altro progetto è la sostituzione di una parte della retina con materiale fotovoltaico, che reagisce subito all’impatto dei fotoni. Di solito quando la retina degenera, rimangono dei neuroni che se raggiunti da un adeguato potenziale possono trasmettere ancora impulsi.