Background: Keratoconus is associated with an impairment in corneal biomechanics. Using nanoindentation, spatially resolved measurement of biomechanical properties can be performed on corneal tissue. The aim of this study is to assess the biomechanical properties of corneas with keratoconus in comparison to healthy controls.
Methods: 17 corneas with keratoconus and 10 healthy corneas unsuitable for transplantation were included in the study. After explantation, corneas were kept in culture medium containing 15% dextran for at least 24 h. Nanoindentation was then performed to a depth of 25 µm at a force increase of 300 µN/min.
Results: A total of 2328 individual indentations were performed for this study. In the keratoconus group; the mean modulus of elasticity was 23.2 kPa (± 15.0 kPa) for a total of 1802 indentations. In the control group, the mean modulus of elasticity was 48.7 kPa (± 20.5 kPa) with a total of 526 indentations. The Wilcoxon test showed that the differences were statistically significant.
Conclusion: Using nanoindentation, a significantly lower elastic modulus was found in corneas with keratoconus compared to corneas without keratoconus. Further studies are needed to gain a better understanding of how keratoconus affects corneal biomechanics.
Hintergrund: Der Keratokonus geht mit einer Veränderung der kornealen Biomechanik einher. Mittels Nanoindentation kann eine ortsaufgelöste Charakterisierung biomechanischer Eigenschaften an humanem Hornhautgewebe erfolgen. Ziel der Studie ist die Erfassung der biomechanischen Eigenschaften von Hornhäuten mit Keratokonus im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe mit Spendergewebe, das nicht zur Transplantation geeignet ist.
Methoden: 17 Gewebeexplantate von Patienten mit Keratokonus und 10 gesunde, nicht für Transplantationszwecke geeignete Hornhäute wurden in die Studie eingeschlossen. Alle Proben wurden für mindestens 24 h in Kulturmedium mit 15% Dextran äquilibriert. Anschließend erfolgte die Nanoindentation bis in eine Tiefe von 25 µm bei einer Kraftzunahme von 300 µN/min.
Ergebnisse: Insgesamt wurden 2328 ortsaufgelöste einzelne Nanoindentationsmessungen durchgeführt. In der Keratokonusgruppe (1802 Indentationen) lag das mittlere Elastizitätsmodul bei 23,2 kPa (± 15,0 kPa). In der Kontrollgruppe (526 Indentationen) lag das mittlere Elastizitätsmodul bei 48,7 kPa (± 20,5 kPa). Im Wilcoxon-Test zeigte sich der Unterschied als statistisch signifikant.
Schlussfolgerung: Mittels Nanoindentation konnte ex vivo bei Hornhäuten mit Keratokonus im Vergleich zu Hornhäuten ohne Keratokonus ein signifikant geringeres und damit weicheres Elastizitätsmodul gefunden werden. Diese Ergebnisse sind eine Basis für die Initiierung weiterer Studien, um ein besseres Verständnis über die pathologisch veränderte korneale Biomechanik bei Keratokonus zu entwickeln.
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