Engineered hydrogel to model intravitreal diffusion from medicated ophthalmological systems

Intravitreal injections represent the standard method for drug delivery to the posterior chamber of the eye, but they have significant limitations, including the need for repeated treatments and the risk of complications. Medicated contact lenses offer a promising non-invasive alternative, though their effectiveness remains uncertain and the lack of reliable in vitro models for drug transport analysis limits the development of novel therapeutic strategies. This research has developed an alginate-based diffusion model designed to mimic the rheological and biochemical properties of the human vitreous humor. Viscoelasticity and ionic composition were identified as key parameters in the design of the model, as both significantly influence the transport of substances within the vitreous body. Various hydrogel formulations were realized and characterized through rheological testing. To optimize the desired viscoelastic properties, the concentrations of alginate and crosslinking agents were systematically adjusted. Through this iterative process, a hydrogel formulation was successfully developed that met the fundamental parameters of the vitreous. Diffusion tests were conducted on the model using contact lenses loaded with Methylene Blue to assess its effectiveness as a reliable in vitro platform for studying agents’ transport. By providing a reproducible and tunable system, this model contributes to optimizing novel ocular drug delivery strategies, including sustained-release approaches such as medicated contact lenses.

Le iniezioni intravitreali costituiscono il metodo standard per la somministrazione di farmaci nella camera posteriore dell’occhio pur presentando alcune limitazioni significative, tra cui la necessità di trattamenti ripetuti e il rischio di complicanze. Le lenti a contatto medicate offrono un'alternativa non invasiva promettente nonostante la loro efficacia rimanga incerta e lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche sia limitato dalla mancanza di modelli in vitro affidabili per l’analisi del trasporto di farmaci. Questa ricerca ha sviluppato un modello di diffusione a base di alginato progettato per replicare le proprietà reologiche e biochimiche del corpo vitreo umano. La viscoelasticità e la composizione ionica sono state identificate come parametri chiave nella progettazione del modello poiché entrambe influenzano significativamente il trasporto delle sostanze all’interno del corpo vitreo. Diverse formulazioni di idrogel sono state realizzate e caratterizzate mediante test reologici. Per ottimizzare le proprietà viscoelastiche desiderate, sono state sistematicamente regolate le concentrazioni di alginato e agenti di reticolazione. Attraverso questo processo iterativo, è stata sviluppata con successo una formulazione di idrogel in grado di replicare i parametri fondamentali del vitreo. Sono stati eseguiti test di diffusione sul modello utilizzando lenti a contatto caricate con Blu di Metilene per valutarne l'efficacia come piattaforma affidabile per lo studio in vitro del trasporto di agenti. Fornendo un sistema riproducibile e modulabile, questo modello supporta lo sviluppo di nuove strategie di somministrazione oculare di farmaci, includendo approcci a rilascio prolungato come le lenti a contatto medicate.