En "All-laser" Endothelial Transplant

Introduction

I detta arbete presenterar vi en originell metod för endotelial keratoplasti, baserad på användningen av en femtosecond laser för att framställa donatorvävnad och en nära infraröd diodlaser för att svetsa den på recipientbädden. Intraoperativ mätning av donatorhornhinnan är nödvändig för att korrekt utforma donatorvävnads dimensioner. Endothelial keratoplastik har föreslagits i de senaste åren för att ersätta penetrerande keratoplastik vid behandling av endotel sjukdom ^1,2. Den största fördelen med denna teknik är en snabbare visuell återhämtning, med avseende på penetrerande keratoplasti, minskad anestesi under kirurgi, en minskad risk för transplantatavstötning och bevarandet av ögon integritet. Den största riskfaktorn är postoperativ givare lenticule förskjutning. Standardtekniken utföres genom att sätta in givaren endotelet i sin slutliga position där den hålles genom injektion av en luftbubbla: inga suturer används på grund av den mekaniska, biofysiska och dimensions characteristics av ​​endotelet. Dessutom kan synskärpan återhämtning begränsas främst på grund av en obalans mellan givare och mottagare vävnader på grund av en tjock vävnad transplanteras.

Här presenterar vi ett förfarande för att utföra endotel keratoplastik som kan övervinna dessa viktigaste problemen. Donator endotel kan säkerställas i dess slutliga position med hjälp av lasersvetsningsteknik. Detta är en kontrollerad och lokaliserade fototermisk process: det kan induceras hos givaren / mottagarens gränssnitt. Det har studerats under de senaste tio åren och föreslås i penetrerande keratoplasti och transplantation av endotel ^3-5. Den nära infrarött ljus (våglängd: 810 nm) som avges av en låg effektdiodlaser avges mot den biologiska vävnaden vid sårstället. Hornhinnan är naturligtvis transparent för denna våglängd:, för att göra denna vävnad för att absorbera laserljus, är det nödvändigt att färga det med en kromofor. Den föreslagna färgämnet är en steril mättad vattenlösning av indocyaningrönt (ICG). Vi visade att när hornhinnevävnad är korrekt färgas med denna ICG beredning, det visar en absorptionstopp vid 810 nm ^6. Dessutom är ICG ofta används i klinisk diagnostik och dess säkerhet har redan visat på människor. Den färgade hornhinnan absorberar diodlaserljusenergi och huvudresulterande effekten är en kontrollerad temperaturökning vid svetsplatsen. Inga termiska effekter induceras i de ofärgade vävnader. Förbättringen temperaturen inducerar reversibel termisk denaturering i stromala kollagen, med en omedelbar closuring av såret väggarna vid kylning. Denna lasersvetsning effekt först visats i kataraktkirurgi ^7,8 och genomträngande keratoplastik ^9,10. En optimerad metod som vi presenterar i denna uppsats har studerats för användning i endotel keratoplasti.

I den föreslagna operationen, enskilda laserpunkter (som varar tiotals msek) are levereras till vävnaden, vilket resulterar i en fototermisk effekt lokaliserad inom spotdimensionen (några hundratals | im i diameter): den inducerade effekten är en hård lasersvetsning, som består av en fotokoagulering av kollagenet begränsas hos givaren / värdgränssnittet. Resultatet av kollagendenaturering vid den svetsade webbplatsen är en stark vidhäftning mellan givar- och värdvävnader, vilket ger en suture effekt som är omöjligt att uppnå med standardteknik (maskor). Vävnaden återfår sin naturliga utseende i en kort uppföljning (1 månad) och vidhäftningen mellan donatorn / värdvävnader förbättras genom svetsn tillhandahålls i ett mycket tidigt skede av läkningsfasen.

För att undvika den andra största risken för den endoteliala keratoplasti, dvs transplantation av en tjock donatorvävnad, är intrasurgical optisk koherens tomografi (OCT) användes: en kommersiell anordning mäter tjockleken på donatorhornhinnan, så att en korrekt skuren profil kan utformas med denfemtosec laser. Den föreslagna "alla laser" endotel transplantation verkar därmed förbättra de kliniska resultaten av denna minimalinvasiv kirurgi.

Protocol

Studien genomfördes med den prospektivt godkännande av sjukhusets etiska kommittén; informerat samtycke erhölls. Studien var i anslutning till principerna i Helsingforsdeklarationen.

1. Donator endotelet Framställning

1. Använd en donatorhornhinnan som framställts av den lokala ögonbanken vid rumstemperatur.
2. I kirurgi rummet, dra ut donatorhornhinnan från sin leveransbehållare och avskilja lösningen för vävnads bevarande och näring som används för hornhinnan transport.
3. Placera givar corneo-skleral kanten över en konstgjord främre kammaren, i vilken en vätska kan flöda och skapa ett variabelt tryck; täcka hornhinnan med vävnadsbevarande huvudet.
4. Anslut den artificiella främre kammaren (AAC) genom en 3-vägskopplingen till en spruta fylld med hornhinnan konservering och näring vätska.
5. Använd kompressionsringen för att hålla hållaren säkert på plats.
6. Använd SYRInge är ansluten till AAC att upprätthålla intrakameral tryck: Fyll den främre kammaren med vävnaden bevarandet lösningen tills de når optimalt tryck (se 1.7). Stäng kontakten.
7. Testa trycket inuti den främre kammaren med ett finger. Ändra den inre trycket tills den når rätt inre tryck (i intervallet 60-70 mmHg). Stäng 3-vägskopplingen.
8. Mäta tjockleken av donatorhornhinnan med optisk koherens Thomography (oktober). Behåll den främre kammaren med att hornhinnan i ett fast läge framför instrumentoptiken och sedan ta en full tjocklek ULT förvärvet.

2. Femtosecond Laser Framställning av givar endotelet

1. Utför applanation av donatorhornhinnan under femtosecond laseranordning. Använd femtosec laser för att skära donatorvävnaden med tre på varandra följande nedskärningar: bakre sido snitt, full lamellära och främre sidan skär. Ställ in följande parametrar för de tre nedskärningar.
   1. För hela lamellära snittet (rastermönster, börja), ställ in skärdjup som motsvarar den tunnaste punkten på donatorhornhinnan (mätt med ULT som beskrivs i 1.8), alltid subtrahera 95 pm. Ställ in pulsenergi i intervallet 0,8-0,9 μJ (beroende på arbetsdjup). Ställa in diametern till 8,7 mm. Ställ den tangentiella spotseparation till 2 | im. Ställ den radiella plats separationen till 2 | im.
   2. För den främre sidan snittet, ställa den bakre djup 30 pm djupare än den föregående fulla lamellära snittet. Ställ in pulsenergi till 2.10 μJ; diametern till 8,6 mm; spotseparation till 3 ^ m, under det att skiktseparation till 3 | im.
   3. För den bakre sidan snittet, hitta främre djup bakre sidan skär 30 pm framtill än full lamellära snittet. Ställ den bakre djup till 900 | im. Ställ in pulsenergi till 2.10 μJ; diametern till 8,3 mm; spotseparation till 2 pm; det skiktseparation till 2 | im.

   3. Mottagare ögonpreparat

   1. Förbered patienten för operation. Gör en 4,00 mm hornhinnan snitt klockan 12 med en 4,0 mm förkalibrerad blad. Gör en limbal paracentes med en 1,2 mm förkalibrerad blad, placerad vid 02:00. Gör en annan limbal paracentes klockan 6 med en 30 ° knivhugg kniven.
   2. In en främre kammaren upprätthållaren i patientens främre kammare, genom de 02:00 paracentes.
   3. Utför en 8,2 mm diameter cirkulär descemetorexis med den särskilda kroken.
   4. Skala Descemet membranet och endotel från den bakre stroma och ta vävnaderna med en Descemet krok.

   4. kromofor Framställning

   1. Sätt 1 mg indocyaningrönt pulver i en 1,5 ml mikrocentrifugrör.
   2. Lägg 9 mg av sterilt vatten (vattenlösning ICG är 10% vikt / vikt).
   3. Blanda manuellt ICG pulver och vattnet med ett metall omrörare.

      5. Färgning av givar endotelet

      1. Sätt donator endotelet till den större delen av en Busin-injektor, med insidan i kontakt med injektorn ytan.
      2. Stain den inre sidan av donator endotel med kromoforen lösning, i dess perifera del, med hjälp av en spatel. Den korrekt färgade vävnad har en homogen grönaktig färg. Vänta 3 minuter innan steg 5.3.
      3. Dra givar endotel på den främre delen av Busin-injektorn, rullade.

      6. Sätta givar endotelet

      1. Ta tag och sätter den vikta givar endotel använder en atraumatisk koaxial pincett för endotel lenticule.
      2. Ta bort den främre kammaren ansvarig.
      3. Sutur hornhinnans snittet och paracentes (i steg 3,1) med en Nylon 10,0 enda stich.
      4. Spruta en luftbubbla att veckla donatorvävnaden och trycka den mot mottagaren hornhinnan. Den luftbubbla måste completely fylla den främre kammarutrymmet.

      7. Lasersvets

      1. Placera givar lenticule i mitten av det mottagande hornhinnan, från insidan med en krok eller förflytta luftbubblan från utsidan av hornhinnan med en spatel.
      2. Använd en diodlaser som emitterar vid 810 nm, utrustad med en 300 pm kämdiameter steril fiberoptik, med 0,22 som en numerisk bländare (NA).
      3. Håll fiberspetsen utanför ögongloben, och leverera laserljuset mot det färgade endotel, genom det transparenta hornhinnevävnad. Fiberspetsen är i icke-kontaktkonfiguration.
      4. Använd följande inställningar för lasern: single-mode spot utsläpp, 70-80 ms pulslängd, 35-40 mJ per puls. He-Ne siktar trålen på.
      5. Leverera enstaka laser fläckar på färgade periferi givar endotel. Leverera fläckarna sekventiellt: den slutliga aspekten är en ring av ställen i periferin hos donator lenticule. Avståndet mellan två Adjacent fläckar centrum är dubbelt en plats diameter.
      6. Applicera en kontaktlins på patientens öga, tillsammans med 0,3% tobramycin och 0,1% dexametason oftalmisk suspension.

Representative Results

Den "all laser" kirurgiskt ingrepp föreslås att utföra minimalinvasiv hornhinnetransplantation. Förfarandet är lätt att utföra (se figur 1): med avseende på en standard-endotelial transplantation endast stegen att mäta hornhinnans tjocklek, färgning av donatorvävnaden och leverera laserljuset tillsättes. De uppnådda fördelar till stor del kompensera en ökad kirurgisk tid av några minuter. Användningen av intraoperativ ULT mäta givarhornhinnan tjocklek och femtosecond laser som används för att anpassa givar lenticule dimensioner möjliggör en förbättring av donatorn / värdgränssnitt vidhäftning (se figur 2). På så sätt är operationen utformad efter de behov och morfologiska egenskaperna hos den enda patient. Den lasersvetsning Förfarandet ger en omedelbar stängning av givare / värdgränssnitt ^4. I en standardteknik, är det inte möjligt att sy donatorvävnaden på något sätt, eftersom of dess biomekaniska egenskaper och belägenhet. Den gemensamma postoperativa risken är donator lenticule störningen. I vår erfarenhet, gjorde givare endotel störning inte förekommer i någon av de behandlade patienterna 15. För att nå detta mål är det viktigt att leverera en komplett ring av fläckar, som täcker den yttre diametern på givarens / mottagarens gränssnitt. I början av de kliniska prövningarna, genomförde vi en halvcirkelformad svetsbana i utvalda patienter. I en av dessa patienter som lider av Fuchs dystrofi med hornhinnans underskott, var en partiell förskjutning av lenticule observerats (se figur 3): gränssnitt adhesion var uppenbar endast på svetsade platsen. Av denna anledning, vi experimenterade förfarandet att leverera en komplett ring av fläckar, med optimerade resultat.

Figur 1: Endothelial Transplant. (A) Givaren endotel sätts på injektorn och dess inre yta är målat med en vattenlösning av indocyaningrönt. (B) Endotelet är monterad i patientens öga och placerad i sin slutliga och rätt plats. (C och D) Lasersvetsning är anordnad från utsidan, vilket ger enskilda inslag med en optisk fiber 300 fim kärndiameter, monterad på ett handstycke.

Figur 2: Postoperativa resultat (A) spaltlampa bild av ett transplanterat öga, 1 vecka efter operationen.. Ingen återstående ICG är närvarande, är inte självklart fototermisk skador hos givaren / värdgränssnittet. (B) Okt bild av ett transplanterat endotel med den föreslagna "alla laser" Teknik och utan att utföra donatorhornhinnan tjockleksmätning (1vecka efter operationen). Den transplanterade endotelet är tjock, med dålig vidhäftning vid periferin. (C) Okt bild av ett transplanterat endotel med den föreslagna "alla laser" teknik och OCT donatorhornhinnan tjockleksmätning (1 vecka efter operationen). Tjockleken lenticule är regelbunden och vidhäftningen är god.

Figur 3: Lasersvetsning effektivitet oktober bild av ett delvis svetsad endotel i en patient med Fuchs dystrofi, en dag efter operationen.. I denna patient, var endast en del av endotelet svetsas på mottagarens stroma: donator lenticule dislokation iakttogs den första dagen efter operationen; bilden visar tecken på att limmet effekten var närvarande endast vid svetsställen (vit pil).

Discussion

Den "all laser" endothelial transplantation är en originell metod för minimalinvasiv hornhinnetransplantation.

Alla de förfaranden som beskrivs i protokollet utfördes i kirurgi rummet, observera hygienisk och sterilisering förfarande som är vanliga metoder under operationer, såsom användning av steriliserade handskar, kappa, mask och mössa. ICG lösning framställdes i kirurgi rummet, snart före dess tillämpning i färgning givaren endotel. ICG pulver, vattnet och alla de verktyg som används för att framställa färglösningen var steril och kommersiellt tillgängliga för användning på människor. Lasern fiberoptiska steriliserades och det var monterad på en viss handstycke, så att det skulle kunna användas inom ramen för den operationsmikroskop.

I den föreslagna strategin, tillhandahåller användningen av en intraoperativ oktober en korrekt mätning av donatorvävnadstjocklek. Denna information används för att design en personifierad skuren profil, med önskade och reducerad donator lenticule tjocklek, genom användning av en femtosecond laser för att skära donatorvävnaden. Lasersvetsning förfarande tillhandahålls sålunda stabilisera givar lenticule position i mottagaren sängen. Denna teknik gör det möjligt att minska donatorvävnaden störningen risk: till det bästa av vår kunskap, är det enda sättet att sy givaren endotel till mottagaren sängen.

En kritisk aspekt av detta förfarande är att ICG lösning måste framställas i kirurgi rummet, snart före dess användning. Detta beror på de optiska egenskaperna hos ICG som snabbt bryts ned. En förbättring skulle kunna vara att förverkliga en färdig att använda-kit. En annan kritisk aspekt är att färgningsproceduren införs en svårighet i den endoteliala transplantationen, eftersom kirurgen måste att färga den inre sidan av donator lenticule. Vidare kan lasersvetsförfarandet inte utföras i donatorvävnad som är tunnare än 50 ^ m. Men de postoperativa resultaten främja spridningen av förfarandet och ytterligare exploatering i andra kirurgiska områden. Eftersom det ger en metod för att sy tunna vävnader som är belägna i otillgängliga platser, är en möjlig tillämpning av samma förfarande i mikrovaskulär anastomos eller i closuring av linskapseln påsen. För att nå dessa mål, kommer nästa steg i forskningen är att standardisera förfarandet, designa en plattform att integrera ett visionsystem och ett automatiserat leveranssystem för laserljuset att svetsa vävnad som kan anpassas till olika kirurgiska scener och mål vävnad.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Indocyanine Green	Pulsion Medical Systems, Germany	ICG-PULSION (http://www.pulsion.com/international-english/perfusion/icg-pulsion/)	Alternative product: IC-GREEN, Akorn  Inc., Lake Forest, Illinois- US (http://www.icginjection.com/)
Femtosecond Laser	Abbott Medical Optics,  Abbott Laboratories Inc. Abbott Park, Illinois, USA	iFS150 (http://www.abbottmedicaloptics.com/products/refractive/ilasik/ifs-advanced-femtosecond-laser)
Optical Coherence Tomography (OCT)	Carl-Zeiss Meditec, Dublin, California- US (http://www.zeiss.com/meditec/en_de/home.html)	Visante
Diode Laser	E.l.En. Group s.pa., Calenzano-FI, Italy (http://www.elengroup.com/en/divisions/medical)	Mod. WELD 800
Artificial Anterior Chamber	CORONET, corneal graft products. Network Medical Products Ltd. Coronet House, Kearsley Road, Ripon, North Yorkshire, HG4 2SG, UK	Artificial Anterior Chamber (A.A.C.) with large and small tissue-retaining heads. Code 51-935 (http://www.networkmedical.co.uk/ophthalmic_artificial_ anterior_chamber.html)
Solution for tissue preservation and nutrition	AL.CHI.MI.A. Srl, Viale Austria 14, 35020 - Ponte S. Nicolò - PD  ITALY	Carry-C media for corneal deturgescence and transport at room temperature - 12 x 50 ml (http://www.alchimiasrl.com/en/organ-culture-at-31°-c-eb/carry-c-eb)