Femtosekunden-Laser-basierte Quervernetzung von kornealen Kollagenfasern

Quervernetzung von kornedlen Kollagenfasern

Die Quervernetzung von kornealen Kollagenfasern bietet die Möglichkeit, gezielt die Biomechanik des Auges zu modifizieren. Anwendungsfelder sind neben der Behandlung des Keratokonus und der sekundären Keratektasie nach einem refraktiven Eingriff auch potentiell die refraktive Korrektur und die Prävention der Myopie. Zur Stabilisierung der Kornea bei dem Keratokonus und der sekundären Keratektasie wird das Verfahren der UV(A)-Riboflavin-Quervernetzung klinisch eingesetzt. Es gibt zudem erste Tierversuche, die zeigen, dass es prinzipiell möglich ist, die Entstehung der Myopie durch sklerale Quervernetzung verhindern zu können.

UV(A)-Riboflavin-Quervernetzung

Bei der UV(A)-Riboflavin-Quervernetzung wird lokal Riboflavin appliziert und durch UV(A)-Bestrahlung quervernetzt. Obwohl das Verfahren prinzipiell klinisch wirksam ist, ist die Präzision gering, so dass die ausschließliche Behandlung von erkrankten Regionen oder die gezielte Refraktionskorrektur nicht möglich sind. Außerdem führt die notwendige Abrasio des Epithels und die damit verbundene Erhöhung der Hornhautsensitivität zu Schmerzen für den Patienten und ist ein möglicher Infektionsherd. 

Femtosekunden-(fs)-Laser

Femtosekunden-(fs)-Laser werden mit großem Erfolg als chirurgische Schnittwerkzeuge in der Ophthalmologie eingesetzt. Von großem medizinischem Nutzen wäre auch für die korneale Quervernetzung ein fs-Laser-Verfahren ohne Chemikalien. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass korneale Kollagenfasern ohne chemisches Agens mittels fs-Laserpulsen quervernetzt werden können. Im Tiermodell war damit eine Korrektur der Myopie möglich. Als Wirkmechanismus wird die Erzeugung von reaktiven Sauerstoffspezies durch das laserinduzierte Plasma und die nachfolgende Quervernetzung der Kollagenfasern postuliert. In diesem Antrag wird die direkte Anregung der Aminosäure über eine Mehrphotonenanregung favorisiert. Anhand der publizierten Kollagenstruktur und der photochemischen Eigenschaften der beteiligten Aminosäuren sowie eigener experimenteller Daten gibt es Evidenzen, dass eine direkte Quervernetzung von Kollagenfasern möglich ist. Dadurch werden eine höhere Spezifität, Präzision und geringere Nebenwirkungen erwartet.

Ziel des Projekts

Das Gesamtziel des beantragten Projekts ist die Erforschung der kornealen Quervernetzung durch direkte Anregung der relevanten Aminosäuren und die Bewertung der Translation in die Klinik. Dazu werden 3 Arbeitsziele definiert: 

• Definition der Laserparameter zur Quervernetzung kornealen Gewebes und Entwicklung eines Ratengleichungsmodels zur Beschreibung der Prozesse;
• Etablierung einer methodischen Plattform zur Analyse der kornealen Quervernetzung und Evaluation der biologischen Effekte auf das Gewebe;
• Bewertung des translatorischen Potentials des Verfahrens durch Vergleich mit dem Goldstandard UV(A)-Riboflavin-Quervernetzung.

Damit kann ein neues Agens-freies fs-Laserverfahren zur Behandlung des Keratokonus, der sekundären Keratektasie und der Myopie ermöglicht werden.