Novel methods and tools for corneal barrier function assessment through non-invasive impedance measurements

La cornia es una estructura transparent ubicada a la part frontal de l’ull que permet la transmissio de la llum i protegeix globus ocular d’agressions externes. La principal caracteristica de la cornia es la seva transparencia. Aquesta depen del nivell de hidratacio de l’estroma, que ha de mantenir-se en un constant estat de deshidratacio. Aquest nivell de hidratacio depen d’un equilibri dinamic entre els fluxos ionics que travessen les capes endotelials i epitelials. Per tant, la permeabilitat d’aquestes capes resulta un factor determinant per mantenir la homeostasis corneal i consequ?entment, la transparencia corneal. Malgrat aixo, no existeixen metodes apropiats per avaluar la funcio barrera corneal de forma no invasiva i que puguin ser utilitzats in vivo. Ja que la permeabilitat ionica te molta importancia en les propietats electriques passives dels teixits vius, els metodes basats en aquestes propietats son ampliament utilitzats en estudis in vitro de la funcionalitat de les capes corneals. Aquesta tesis doctoral es centra en el desenvolupament i validacio d’un metode no invasiu per l’avaluacio de l’estat funcional de les principals capes corneals que pugui ser utilitzat in vivo. Per avaluar la viabilitat del metode proposat s’ha desenvolupat un model numeric basat en elements finits (FEM). Els resultats de les simulacions indiquen que les mesures obtingudes mitjancant electrodes col·locats sobre la superficie corneal son suficientment sensibles als canvis de les propietats electriques de l’endoteli i de l’epiteli. Una primera versio del sensor d’impedancia s’ha fabricat utilitzant un substrat de Pyrex®. De forma que s’ha d’aplicar una certa pressio per tal d’aplanar la curvatura corneal i assegurar el contacte electric entre la superficie corneal i els electrodes. Malgrat la pressio exercida, sols es pot assegurar el contacte electric per la configuracio d’electrodes mes proxima. Malgrat aquesta limitacio, s’ha validat la capacitat del metode per avaluar in vivo la funcio barrera de la cornia. Per tal de superar les limitacions del substrat rigid, s’ha desenvolupat un sensor de impedancia flexible basat en un substrat polimeric de SU-8. D’aquesta forma, la facilitat d’us i aplicabilitat del metode proposat milloren notablement ja que no es requereix pressio per aplicar el sensor. La viabilitat del metode ha estat avaluada incrementant farmacologicament la permeabilitat epitelial de conills i monitoritzant el proces de cicatritzacio de l’epiteli. Els resultats obtinguts s’han comparat satisfactoriament amb mesures de permeabilitat a la fluoresceina, un metode destructiu que es relaciona directament amb la permeabilitat. Tambe s’ha observat que la resolucio de les mesures realitzades esta principalment limitada per variacions en el gruix de la llagrima entre el sensor i la superficie corneal. De la mateixa forma, s’ha observat que la contribucio de la llagrima a la impedancia mesurada es pot minimitzar augmentant la separacio. En paral·lel amb el desenvolupament del sistema in vivo, s’ha estudiat la possibilitat d’aplicar el metode a l’avaluacio de la funcio barrera de l’endoteli en cornies extretes. Aquest nou desenvolupament podria ser molt util per avaluar la funcionalitat corneal abans d’un transplantament. El metode proposat permetra la simplificacio dels procediments experimentals utilitzats actualment, que requereixen de l’eliminacio de l’epiteli abans de fer la mesura. Les mesures d’impedancia obtingudes s’han comparat satisfactoriament amb tecniques microscopiques de tincio immunologiques. El treball multidisciplinar presentat en aquesta tesis doctoral ha resultat en un nou metode per a l’avaluacio in vivo de la funcio barrera corneal de forma no invasiva. Els excel·lents resultats obtingut han permes la transferencia tecnologica del metode proposat a la practica clinica. D’aquesta forma, el microsistema desenvolupat ha estat acceptat com a dispositiu medic per l’Agencia Espanyola dels Medicaments i Productes Sanitaris (AEMPS) per ser utilitzat en humans. Actualment, el metode desenvolupat es troba en fase d’assaig clinic.