Nanovlákenný drenážní implantát pro léčbu glaukomového onemocnění

Ing. Andrea Klápšťová

Doctoral thesis

Abstract:

Disertační práce se zabývá vývojem nanovlákenného drenážního implantátu pro odvod tekutiny při neléčitelném glaukomovém onemocnění. Publikace týkající se využití nanovláken v terapii glaukomu nebyly na počátku vývoje ve světové literatuře zmiňovány. Z tohoto důvodu byl veškerý vývoj jedinečný a zahrnoval překonání několika problematických milníků. Výrobní technologií implantátu byla zvolena dobře známá metoda elektrického zvlákňování, která umožňuje produkci nanovláken v průmyslovém měřítku. Na základě literární rešerše a konzultací s očními chirurgy byly vybrány dva různé směry vývoje drenážních implantátů. První z nich byl vývoj nanovlákenného planárního implantátu napodobujícího strukturu trabekulární síťoviny. Druhým směrem byl vývoj tubulárního implantátu, který se v současnosti hojně využívá při mikroinvazivní glaukomové terapii. V rámci druhého experimentu bylo zkonstruováno zcela nové zařízení umožňující automatizovanou produkci na míru vyráběných tubulárních implantátů. Klíčovým aspektem práce bylo nalezení vhodného materiálu, který by splňoval požadavky na odolnost vůči buněčné fibrotizaci, což není v současné literatuře téměř diskutováno. Materiál byl v tomto ohledu podroben charakterizaci z morfologického, biologického i hydrodynamického hlediska. Výsledky práce ukazují, že veškeré požadavky splňuje biokompatibilní, nedegradabilní polymer polyvinylidenfluorid, který je zároveň při výrobě možné modifikovat polyetylenoxidem pro zajištění antifibrotických vlastností. Experimenty týkající se transportu kapalin nanovlákennými planárními a tubulárními útvary byly porovnány s odhadem funkce nativního systému v oku. Obě metody predikují, v porovnání s konvenčními přístupy snižování nitroočního tlaku, mnohem lepší vlastnosti, a jsou tak dobrým podkladem pro další vývoj implantátu.

Abstract:

This dissertation addresses the development of a nanofibrous drainage implant for the drainage of fluids associated with glaucoma. Since no systematic approach to the application of nanofibers in the treatment of glaucoma was outlined in the professional literature at the beginning of the development of this field, progress was sporadic and involved the overcoming of a range of problem issues. The already well-established electrospinning method, which enables the production of nanofibers at the industrial scale, was selected for the production of the implant. Based on a literature search and consultations with an ophthalmologist, two differing approaches were taken to the development of the drainage implants. The first approach involved the development of a nanofibrous planar implant that imitated the structure of the trabecular meshwork, whereas the second approach concerned the development of a tubular implant, an approach that is used widely in the treatment of microinvasive glaucoma. A novel device, which enables the automated production of custom-made tubular implants, was designed and constructed as part of the second experiment. One of the key aspects of the study was to find a material that was capable of fulfilling the requirements for resistance to cell fibrotization (a topic that has only rarely been mentioned in the expert literature) and to subject the candidate materials to characterization from the morphological, biological and hydrodynamic points of view. The results of the research indicated that all the set requirements were met by the biocompatible, non-degradable polymer polyvinylidenefluoride, which, moreover, can be modified via the use of polyethyleneoxide so as to provide anti-fibrotic properties during the production process. The experiments on the transport of fluids through the nanofibrous planar and tubular structures were compared so as to estimate the functioning of the native system in the eye. Both methods exhibited significantly better properties than conventional approaches to the reduction of intraocular pressure and, thus, provide an ideal basis for the further development of the implant.

Keywords

Glaukom, polyvinylidenfluorid, nanovlákna, elektrické zvlákňování, glaukomový drenážní implantát

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 2. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Jana Horáková, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering