Effetto del cross-linking terapeutico sulla biomeccanica corneale : indagine sperimentale in-vitro e modellazione numerica

The cornea is the most important refractive lens of the eye so an alteration on its normal curvature leads to aberrations in vision. This is what happened in the case of Keratoconus, a progressive non inflammatory disease distinguished by corneal thinning, decrease of cross-links between collagen fibrils and decrease of tissue stiffness leading to a conical shape. The only procedure that can avoid the progression of the pathology is collagen cross-linking (CLX). The CXL consists in a collagen photo-polymerization reaction which occurs through the administration of riboflavin, followed by UV-A irradiation at a wavelength of 370 nm leading to the production of collagen cross-links in the anterior stroma so the cornea becomes stiffer and more resistant to shape deformation. In this work the accelerated Epi-Off CXL procedure has been investigated in order to determine the optimal UV-A irradiation dose. Experimental tests have been carried out to measure the mechanical stiffness of excised pig corneas before and after CXL, performed at different total energy irradiation doses by using a constant irradiance of 9 mW/cm2. The tests were later simulated using a numerical model of the cornea, in order to determine parameters which cannot be directly measured by inflation tests.

La cornea è la lente refrattiva più importante dell’occhio e di conseguenza un’alterazione della sua normale curvatura porta a difetti refrattivi. Questo è ciò che accade nel caso del cheratocono, una malattia progressiva non infiammatoria caratterizzata dall’assottigliamento cornale, diminuzione dei legami tra le fibrille di collagene e diminuzione della rigidezza del tessuto determinando una forma conica. L’unica procedura che può evitare la progressione della patologia è il cross-linking (CXL). Il CXL consiste in una reazione di foto-polimerizzazione del collagene che avviene tramite somministrazione di riboflavina, seguita da un’irradiazione UV-A a una lunghezza d’onda di 370 nm che determina la produzione di legami tra le fibrille di collagene nello stroma anteriore. In questo modo la cornea diventa più rigida e più resistente ai cambiamenti di forma. Nel presente lavoro è stata investigata la tecnica di CXL Epi-Off accelerata per determinare la dose di irraggiamento UV-A ottimale. Prove sperimentali sono stati condotti per stimare l’irrigidimento della cornea prima e dopo il CXL, effettuato a diverse energie di assorbimento usando un’irradianza costante a 9 mW/cm2. Le prove sono state inoltre simulate mediante un modello numerico della cornea al fine di determinare i parametri non misurabili direttamente con prove meccaniche.