Core–Shell DOX-Loaded PLGA Electrospun Membrane Enables Sustained Local Drug Delivery for Preventing Postoperative Fibrosis after Glaucoma Filtration Surgery

Glaukom ist ein stiller Dieb des Sehvermögens, eine Erkrankung, bei der der Druck im Inneren des Auges steigt und langsam den Sehnerv schädigt. Um diesen Druckanstieg zu verhindern, führen Chirurgen oft eine Filtrationsoperation durch, bei der ein winziger neuer Abflusskanal geschaffen wird, der es der Flüssigkeit ermöglicht, abzufließen. Doch der menschliche Körper ist darauf ausgelegt, Wunden zu heilen, und bei dieser empfindlichen Operation wird dieser natürliche Instinkt zum Feind. Während das Auge die Inzision repariert, bildet sich Narbengewebe über dem neuen Abflussloch, was es verschließt und die Operation scheitern lässt. Jahrzehntelang haben Ärzte versucht, diese Vernarbung zu stoppen, indem sie starke Medikamente anwendeten, die die schnell wachsenden Zellen, die für die Narbe verantwortlich sind, abtöten. Doch diese Medikamente sind ein zweischneidiges Schwert; sie sind so toxisch, dass sie gesundes Gewebe schädigen können, und sie werden zu schnell weggespült, um lange genug ihre Wirkung zu entfalten. Die Herausforderung bestand darin, einen Weg zu finden, eine präzise, sanfte Dosis Medizin genau dort zuzuführen, wo sie benötigt wird, und sie dort lange genug zu halten, um die Narbe zu stoppen, ohne das Auge zu verletzen.

Forscher des Ersten Affiliierten Krankenhauses der Medizinischen Universität Fujian und des Neunten Volkskrankenhauses in Shanghai haben einen neuen Ansatz entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Anstatt ein flüssiges Medikament anzuwenden, das schnell verschwindet, entwickelten sie eine mikroskopisch kleine, flexible Membran, die wie ein Pflaster mit verzögerter Wirkstofffreisetzung wirkt. Diese Membran besteht aus einem sicheren, biologisch abbaubaren Kunststoff namens Poly(milch-co-glykolsäure), oder PLGA, den der Körper im Laufe der Zeit natürlich abbauen kann. In dieser Kunststoffhülle schlossen sie Doxorubicin ein, ein starkes Medikament, das dafür bekannt ist, das Zellwachstum zu stoppen. Die entscheidende Innovation liegt in der Art und Weise, wie sie es aufgebaut haben. Unter Verwendung einer Technik namens koaxialem Elektrospinnen, bei der ein feiner Flüssigkeitsstrahl durch ein elektrisches Feld geschossen wird, um ihn in Fasern zu spinnen, schufen sie eine Struktur, in der das Medikament im Kern verborgen ist und der Kunststoff die äußere Schicht bildet. Dieses Design schützt das Medikament und stellt sicher, dass es langsam und stetig austritt, anstatt alles auf einmal abzugein.

Um zu testen, ob diese Idee funktionierte, untersuchten die Forscher zunächst, wie das Medikament auf konjunktivale Fibroblasten wirkte, also die spezifischen Zellen, die Narbengewebe im Auge aufbauen. Sie fanden heraus, dass das Medikament diese Zellen erfolgreich daran hinderte, sich zu vermehren und zu bewegen, jedoch nur bei bestimmten Konzentrationen. Wenn die Dosis zu hoch war, tötete es die Zellen zu aggressiv ab, was gefährlich sein könnte. Wenn die Dosis zu niedrig war, hatte es keine Wirkung. Sie entschieden sich für eine spezifische Konzentration, die die Zellen effektiv stoppte, ohne übermäßige Schäden zu verursachen. Als Nächstes untersuchten sie die Membran selbst unter einem Mikroskop. Die Fasern waren glatt und gleichmäßig, und chemische Tests bestätigten, dass das Medikament erfolgreich im Kunststoff eingeschlossen war. Als sie die Membran in einer simulierten Augenumgebung platzierten, gab sie das Medikament stetig über mehrere Tage ab, wobei sie nach achtzig Stunden etwa zwei Drittel des Medikaments abgegeben hatte und dann stagnierte. Diese langsame Freisetzung ist entscheidend, da sie das Medikament während der kritischen Wochen aktiv hält, in denen das Auge versucht zu heilen.

Die Forscher gingen dann zu einem lebenden Modell über und führten die Filtrationsoperation an Kaninchen durch, um zu sehen, wie die Membran in einem echten biologischen System funktioniert. Sie teilten die Tiere in drei Gruppen ein. Eine Gruppe erhielt eine einfache Kunststoffmembran ohne Medikament. Eine zweite Gruppe erhielt einen Schwamm, der mit dem Medikament getränkt war und der für einige Minuten auf das Auge aufgetragen und dann abgespült wurde, was den derzeitigen Standard der Versorgung nachahmt. Die dritte Gruppe erhielt die neue, medikamentenbeladene Membran. Die Ergebnisse waren beeindruckend. In der Gruppe mit der einfachen Membran wurde das Abflussloch schnell durch Narbengewebe blockiert und der Augendruck stieg innerhalb weniger Tage wieder auf gefährliche Werte. Die Gruppe mit dem getränkten Schwamm schnitt etwas besser ab, aber das Medikament wurde zu schnell weggespült, und die Vernarbung übernahm schließlich das Kommando, wodurch das Abflussloch nach etwa zehn Tagen versagte.

Im Gegensatz dazu zeigten die Kaninchen mit der medikamentenbeladenen Membran ein völlig anderes Ergebnis. Die Abflusslöcher blieben viel länger offen und funktionsfähig, wobei sich die durchschnittliche Überlebenszeit der Operationsstelle auf fast zwanzig Tage erstreckte. Der Augendruck blieb bei diesen Tieren niedrig und stabil und lag achtundzwanzig Tage nach der Operation im Durchschnitt bei unter zehn Millimetern Quecksilbersäule, was eine signifikante Verbesserung gegenüber den anderen Gruppen darstellte. Entscheidend war, dass die Membran keinen Schaden anrichtete. Die Forscher suchten nach Anzeichen von Entzündungen, Infektionen oder Schäden an den klaren Zellen auf der Oberfläche des Auges, bekannt als Hornhaut, und fanden keine. Das Medikament war innerhalb der Membran konzentriert, wirkte lokal dort, wo es benötigt wurde, und verbreitete sich nicht, um Toxizität im Herzen oder anderen Teilen des Körpers zu verursachen.

Diese Studie legt nahe, dass das Einbetten eines Medikaments in eine langsam freisetzende, biologisch abbaubare Membran eine sicherere und effektivere Methode zur Vermeidung von Vernarbungen nach einer Glaukomoperation als aktuelle Methoden bietet. Indem sie das Medikament an Ort und Stelle hält und es schrittweise freisetzt, verhindert die Membran die Bildung von Narbengewebe, ohne die hohe Toxizität, die mit herkömmlichen Medikamentenanwendungen verbunden ist. Während die Forscher anmerken, dass weitere Studien erforderlich sind, um das Timing und die Dosierung für die Anwendung beim Menschen zu verfeinern, zeigt die Arbeit einen klaren Weg nach vorn auf. Sie verwandelt ein schwieriges medizinisches Problem in eine handhabbare ingenieurtechnische Lösung und bietet die Hoffnung, dass zukünftige Operationen häufiger erfolgreich sein könnten, um das Sehvermögen von Patienten zu bewahren, die derzeit dem Risiko ausgesetzt sind, dass ihre Augen sich selbst in Blindheit zurückheilen.