Das Auge ist ein komplexes Sinnesorgan, das uns im wahrsten Sinne des Wortes den Blick auf die Welt eröffnet. Dieser wichtige Teil des visuellen Systems ist nach außen hin durch Augenlider und Wimpern geschützt. Der Blinzelreflex bewahrt die empfindliche Augenoberfläche dabei vor schädlichen äußeren Einwirkungen schützt die Hornhaut vor dem Austrocknen. Denn durch das regelmäßige Blinzeln wird das Auge mit Tränenflüssigkeit benetzt. Obwohl Forscher dieses findige Patent der Natur immer besser verstehen lernen, fällt ihnen eines jedoch nach wie vor schwer: das Original nachzuahmen. Wie bei vielen anderen Organen unseres Körpers sind Aufbau und Funktionsweise der menschlichen Augenoberfläche derart vielschichtig, dass eine künstliche Kopie kaum machbar scheint.
Die äußere Schicht des Sehorgans
Jeongyun Seo von der University of Pennslyvannia in Philadelphia und ihre Kollegen haben sich nun trotzdem genau daran versucht: Sie entwickelten ein dreidimensionales Modell der Oberfläche unseres Sehorgans. “Die Augenoberfläche ist eine Struktur, die die kuppelförmige äußere Schicht des Auges bildet. Auf Gewebeebene besteht sie aus Hornhaut und Bindehaut”, erklären die Wissenschaftler. Um sowohl die Geometrie als auch die zelluläre Zusammensetzung dieser Struktur zu imitieren, ließen sie zunächst Zellen aus menschlichem Cornea- und Bindehautgewebe auf einem speziell geformten Stützgerüst wachsen.
In einem zweiten Schritt wurden die so kultivierten Zellen in ein System eingebettet, mit dem eine Umgebung wie im echten Körper simuliert wurde. Unter anderem verbanden Seo und ihr Team die Zellen mit einem Kanal für Tränenflüssigkeit und kreierten Augenlider aus einem Hydrogel, die über das Zellgerüst hinweggleiten können. “Die Tränensekretion wird durch den kontrollierten Ausfluss künstlicher Tränen durch kleine Öffnungen im Tränenkanal simuliert. Dies geschieht in einer Rate, die der im menschlichen Auge entspricht”, erläutern die Forscher. “Die Augenlider verteilen die abgesonderte Flüssigkeit bei ihrer Abwärtsbewegung über das Gerüst und bilden einen Film, der nach dem anschließenden Öffnen des Auges sichtbar bleibt.”
Trockenes Auge simuliert
Damit funktioniert das künstliche Auge in wesentlichen Punkten bereits so wie sein natürliches Pendant. Doch lässt sich dieses Modell auch nutzen, um Erkrankungen des Sehorgans nachzuahmen und zu erforschen? Um dies herauszufinden, veränderten die Wissenschaftler ihre Augenoberfläche so, dass sie das Krankheitsbild des trockenen Auges abbildete. Bei Patienten mit der sogenannten Keratoconjunctivitis sicca ist der Aufbau des Tränenfilms gestört, was zu Rötungen und unangenehmem Brennen bis hin zu schädlichen Entzündungsprozessen führt. Im Experiment sorgte eine reduzierte Blinzelrate dafür, dass vermehrt Tränenflüssigkeit aus dem Auge verdunstete und die Hornhaut in Folge trockener wurde.
