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

Glaucoom is een stille dief van het zicht, een aandoening waarbij de druk in het oog oploopt en langzaam de oogzenuw beschadigt. Om te voorkomen dat deze druk stijgt, voeren chirurgen vaak een filtratie-operatie uit, waarbij een klein nieuw afvoer kanaaltje wordt gecreëerd waardoor vloeistof kan ontsnappen. Echter, het menselijk lichaam is ontworpen om wonden te genezen, en bij deze delicate operatie wordt die natuurlijke instinct de vijand. Terwijl het oog de incisie herstelt, vormt zich littekenweefsel over het nieuwe afvoergat, waardoor het dicht wordt gesmeerd en de operatie mislukt. Decennialang hebben artsen geprobeerd dit littekenvorming te stoppen door krachtige medicijnen toe te dienen die de snelgroeiende cellen verantwoordelijk voor het litteken doden. Toch zijn deze medicijnen een tweesnijdend zwaard; ze zijn zo toxisch dat ze gezond weefsel kunnen beschadigen, en ze spoelen te snel weg om hun werk lang genoeg te doen. De uitdaging is geweest om een manier te vinden om een precieze, milde dosis medicijn direct daar te leveren waar het nodig is, en het daar lang genoeg te houden om het litteken te stoppen zonder het oog te beschadigen.

Onderzoekers aan het First Affiliated Hospital of Fujian Medical University en het Shanghai Ninth People's Hospital hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld om dit probleem op te lossen. In plaats van een vloeibaar medicijn toe te dienen dat snel verdwijnt, hebben zij een microscopisch klein, flexibel membraan gemaakt dat werkt als een pleister met een langzame afgifte. Dit membraan is gemaakt van een veilige, biologisch afbreekbare kunststof bekend als poly(lactide-co-glycolide), of PLGA, die het lichaam vanzelf in de loop van de tijd kan afbreken. Binnen deze kunststof schil hebben zij doxorubicine gevangen, een krachtig medicijn dat bekend staat om het stoppen van celgroei. De kern van de innovatie ligt in de manier waarop ze het hebben gebouwd. Door gebruik te maken van een techniek genaamd coaxiale elektrospinning, waarbij een fijne stroom vloeistof door een elektrisch veld wordt geschoten om er vezels van te spinnen, creëerden zij een structuur waarbij het medicijn verborgen zit in de kern en de kunststof de buitenste laag vormt. Dit ontwerp beschermt het medicijn en zorgt ervoor dat het langzaam en gestaag vrijkomt, in plaats van alles in één keer.

Om te testen of dit idee werkte, keken het team eerst naar hoe het medicijn conjunctivale fibroblasten beïnvloedde, de specifieke cellen die littekenweefsel in het oog opbouwen. Zij ontdekten dat het medicijn erin slaagde om deze cellen te stoppen met vermenigvuldigen en bewegen, maar alleen bij bepaalde concentraties. Als de dosis te hoog was, doodde het de cellen te agressief, wat gevaarlijk kon zijn. Als het te laag was, had het geen effect. Ze kozen voor een specifieke concentratie die de cellen effectief stopte zonder excessieve schade aan te richten. Vervolgens onderzochten ze het membraan zelf onder een microscoop. De vezels waren glad en uniform, en chemische tests bevestigden dat het medicijn succesvol in de kunststof was gevangen. Wanneer zij het membraan in een gesimuleerde oogomgeving plaatsten, gaf het het medicijn gestaag af gedurende meerdere dagen, waarbij het een punt bereikte waarop ongeveer twee derde van het medicijn na tachtig uur was afgegeven, en daarna stabiliseerde. Deze langzame afgifte is cruciaal omdat het het medicijn actief houdt tijdens de kritieke weken waarin het oog probeert te genezen.

De onderzoekers gingen vervolgens over naar een levend model, waarbij zij de filtratie-operatie uitvoerden op konijnen om te zien hoe het membraan in een echt biologisch systeem werkt. Zij verdeelden de dieren in drie groepen. Eén groep kreeg een gewoon kunststof membraan zonder medicijn. Een tweede groep kreeg een spons die doordrenkt was met het medicijn, die gedurende enkele minuten op het oog werd aangebracht en daarna werd weggespoeld, wat de huidige standaardzorg nabootst. De derde groep kreeg het nieuwe, met medicijnen beladen membraan. De resultaten waren opmerkelijk. In de groep met het gewone membraan raakte het afvoergat snel geblokkeerd door littekenweefsel en steeg de oogdruk binnen enkele dagen weer naar gevaarlijke niveaus. De groep met de doordrenkte spons deed het iets beter, maar het medicijn spoelde te snel weg en het littekenweelde uiteindelijk de overhand, waardoor het afvoergat na ongeveer tien dagen faalde.

In contrast hiermee vertoonden de konijnen met het met medicijnen beladen membraan een totaal andere uitkomst. De afvoergaten bleven veel langer open en functioneel, waarbij de gemiddelde overlevingstijd van de chirurgische locatie werd verlengd tot bijna twintig dagen. De oogdruk in deze dieren bleef laag en stabiel, met een gemiddelde van net onder de tien millimeter kwik twintig acht dagen na de operatie, een significante verbetering ten opzichte van de andere groepen. Cruciaal was dat het membraan geen schade veroorzaakte. De onderzoekers controleerden op tekenen van ontsteking, infectie of schade aan de heldere cellen op het oppervlak van het oog, bekend als het hoornvlies, en vonden niets. Het medicijn zat binnen het membraan, werkte lokaal waar het nodig was, en verspreidde zich niet om toxiciteit in het hart of andere delen van het lichaam te veroorzaken.

Dit onderzoek suggereert dat het inbedden van een medicijn in een biologisch afbreekbaar membraan met een langzame afgifte een veiligere en effectievere manier biedt om littekenvorming na glaucoomchirurgie te voorkomen dan de huidige methoden. Door het medicijn op zijn plaats te houden en het geleidelijk vrij te geven, stopt het membraan de vorming van littekenweefsel zonder de hoge toxiciteit die gepaard gaat met traditionele medicijntoedieningen. Hoewel de onderzoekers opmerken dat er meer studies nodig zijn om de timing en dosering voor menselijk gebruik te verfijnen, toont het werk een duidelijke weg vooruit. Het transformeert een moeilijk medisch probleem in een beheersbare technische oplossing, wat hoop biedt dat toekomstige operaties vaker zullen slagen en de visie kunnen behouden voor patiënten die momenteel het risico lopen dat hun ogen zichzelf weer in blindheid genezen.