Роговица из свиного белка восстановила зрение 20 пациентам с кератоконусом

Шведские ученые разработали протезы роговицы глаза на основе коллагена из свиной кожи. В пилотных испытаниях, проведенных с участием индийских и иранских исследователей, протезы помогли восстановить зрение 20 пациентам с кератоконусом. Отчет о работе опубликован в журнале Nature Biotechnology.

Роговица — это передняя наиболее выпуклая часть фиброзной оболочки глаза, покрывающая хрусталик, радужную оболочку и переднюю камеру. Она служит одной из светопреломляющих сред. При кератоконусе роговица истончается и постепенно выпячивается вперед, что приводит к прогрессирующему ухудшению зрения вплоть до полной слепоты. Точная причина этого заболевания неизвестна, его развитию способствуют воспаление и привычное растирание глаз, часто прослеживается наследственная предрасположенность.

Кератоконусом страдает примерно каждый двухтысячный житель Земли. Первые симптомы обычно появляются в возрасте от 10 до 25 лет и прогрессируют в течение 10 и более лет. На ранних стадиях возможна коррекция зрения очками или контактными линзами, на поздних, как правило, требуется кератопластика — пересадка роговицы от мертвого донора (кератоконус служит для нее основным показанием). Количество таких тканей для трансплантации сильно ограничено: потребность в 70 раз превышает наличие. По глобальным оценкам в пересадке нуждаются около 12,7 миллиона человек (и это число постоянно растет), при этом 53 процента мирового населения не имеют доступа к этим донорским тканям. В первую очередь это касается небогатых жителей Азии и Африки, среди которых заболевание распространено особенно широко. Кроме того, донорские роговицы хранятся не более двух недель и требуют как минимум годичного применения глазных капель с иммуносупрессантами. 

В поисках замены донорским тканям Мехрдад Рафат (Mehrdad Rafat) с коллегами из Линчёпингского университета и компании LinkoCare Life Sciences обратились к природному коллагену I типа (основному компоненту человеческой роговицы). Это вещество высокой очистки и медицинского качества в больших количествах получают из свиной кожи, остающейся от пищевой промышленности, и применяют при хирургическом лечении глаукомы и заживлении ран. Для обеспечения достаточной прочности и устойчивости к ферментативному разложению молекулы коллагена стабилизировали на гидрогеле и сшили химическим и фотохимическим методами.

У полученного материала, названного BPCDX (bioengineered porcine construct, double crosslinked; биоинженерное свиное изделие двойной сшивки), проверили оптические и механические свойства, устойчивость к ферментам и клеточную совместимость. Получив удовлетворительные результаты, его подвергли сертификационным тестам по стандартам ISO на биосовместимость, токсичность, канцерогенность, аллергенность и местнораздражающее действие in vitro и на мышах, морских свинках и кроликах. После этого ученые разработали и протестировали процедуры упаковки и стерилизации, которые позволили хранить новый материал без биобанков и специальных хранилищ в течение как минимум двух лет.

На основе своих предыдущих экспериментов на кроликах исследователи усовершенствовали технику хирургического вмешательства. При пересадке человеческой ткани истонченную и выпяченную часть собственной роговицы полностью иссекали и заменяли трансплантатом, накладывая швы по периметру. Авторы работы воспользовались фемтосекундным лазером, чтобы сделать единственный надрез, вставить в строму роговицы пластинку BPCDX толщиной от 280 до 440 микрометров, подходящую по форме и размерам, и закрыть надрез без швов. Подобная малоинвазивная процедура позволяет достичь существенного уменьшения кривизны роговицы (более 10 диоптрий по сравнению с исходной) без удаления тканей пациента, не повреждая нервы и не затрагивая переднюю камеру глаза.

После успешных испытаний методики на карликовых свиньях разработчики скооперировались с сотрудниками Всеиндийского научно-медицинского института и Тегеранского научно-медицинского университета, чтобы провести ее пилотное клиническое испытание. В нем приняли участие восемь индийцев и двенадцать иранцев с запущенным кератоконусом, 14 из них из-за этого заболевания ослепли, остальные были близки к этому.

Через два года после операции у пациентов зафиксировали выраженное увеличение толщины роговицы (в среднем на 209 ± 18 микрометров в индийской когорте и 285 ± 99 микрометров в иранской); снижение радиуса кривизны роговицы в максимальном меридиане (на 13,9 ± 7,9 и 11,2 ± 8,9 диоптрии соответственно) и повышение остроты зрения (в среднем с максимально возможной коррекцией контактными линзами у индийцев до 0,77 и очками у иранцев до 0,34). У всех слепых участников восстановилось зрение, причем его острота с максимально возможной коррекцией составила в среднем 0,55, а у трех достигла идеальной 1,0. Дополнительным незапланированным положительным эффектом стало то, что все пациенты, не переносившие контактные линзы из-за кератоконуса, после операции адаптировались к ним.

Никаких нежелательных явлений на протяжении постоперационного периода и дальнейших наблюдений зарегистрировано не было. Профилактический курс глазных капель с иммуносупрессантом ограничили восемью неделями.

На основании полученных результатов авторы работы заключили, что предложенная ими методика потенциально не уступает по эффективности классической кератопластике, при этом она значительно доступнее, проще технически, безопаснее и лучше переносится пациентами. В настоящее время идет набор чешских добровольцев для участия в клинических испытаниях имплантатов из BPCDX при пресбиопии.

В 2021 году израильские исследователи представили полностью искусственный протез роговицы CorNeat KPro, способный заменить ее в случае тяжелого повреждения в результате травмы или воспаления. Тремя годами ранее британская научная группа предложила метод создания имплантата роговицы с помощью донорских кератоцитов и 3D-печати.