Nuove intuizioni sulla vista mettono a fuoco l'occhio umano / Fresh eyesight insights bring human eye into sharp focus
Nuove intuizioni sulla vista mettono a fuoco l'occhio umano / Fresh eyesight insights bring human eye into sharp focus
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Per Mercedes Alvarez, 89 anni, originaria di Gijón, nel nord della Spagna, l'intervento di cataratta è stato più di un intervento medico di routine: è stata un'esperienza che le ha cambiato la vita.
"All'inizio non volevo farlo, anche se avevo difficoltà a vedere qualsiasi cosa", ha detto Alvarez. "Ho trascorso notti insonni a preoccuparmi perché, alla mia età, anche una semplice procedura sembrava rischiosa".
Tuttavia, dopo che i dottori l'hanno rassicurata sul fatto che l'età non era un ostacolo al trattamento della cataratta, un'opacizzazione del cristallino dell'occhio, ha deciso di procedere. Felice del risultato, ora riesce di nuovo ad apprezzare i piccoli dettagli della vita, come leggere il giornale ogni mattina.
"Mi metto gli occhiali e riesco a leggere anche i caratteri piccoli!"
Secondo Eurostat, l'ufficio statistico dell'Unione europea, Alvarez è una degli oltre quattro milioni di persone che ogni anno si sottopongono ad un intervento di cataratta nell'UE.
La sua esperienza è una testimonianza degli importanti progressi compiuti negli ultimi anni nella chirurgia della cataratta e nella cura degli occhi, favoriti in parte dalla ricerca collaborativa internazionale finanziata dall'UE.
Illusione ottica
Il dott. José Manuel González-Méijome, fondatore e coordinatore del Laboratorio di ricerca di optometria clinica e sperimentale presso l'Università del Minho a Braga, in Portogallo, coordina una di queste iniziative di ricerca: un progetto quadriennale finanziato dall'UE chiamato OBERON che si concluderà nel 2025.
Il gruppo di ricerca OBERON riunisce esperti di oculisti provenienti da università di Belgio, Polonia, Portogallo, Spagna, Svizzera e Regno Unito, insieme a partner non accademici provenienti da Paesi Bassi e Spagna
Anche se i compiti di lavoro intensivo da vicino sembrano aumentare lo sviluppo della miopia, non possiamo dire ai bambini di non studiare: di solito consigliamo il contrario.
Combinando ottica e biomeccanica, stanno sviluppando modelli computerizzati all'avanguardia dell'occhio che aiuteranno a rendere la chirurgia oculare più sicura ed accurata. Il gruppo istruisce inoltre 15 giovani ricercatori, aiutandoli ad abbracciare gli ultimi progressi interdisciplinari nella struttura, nella funzione e nel trattamento dell'occhio.
González-Méijome, professore di optometria e scienze della vista presso l'Università del Minho, descrive l'occhio come un tessuto biologico in cui proprietà ottiche e biomeccaniche interagiscono tra loro.
I modelli computerizzati sviluppati sono in grado di imitare fedelmente queste proprietà, offrendo una guida preziosa agli esperti di visione, agli optometristi ed ai chirurghi oculisti per prevedere il comportamento dei tessuti oculari durante lo sviluppo normale ed in diverse condizioni cliniche.
Procedura delicata
Per comprendere meglio il compito del chirurgo, González-Méijome spiega che il bulbo oculare umano pesa solo circa 7,5 grammi e misura circa 2,3 centimetri.
"È incredibilmente piccolo e complesso ed il chirurgo deve muoversi al suo interno senza danneggiare i diversi strati, mentre per gli scienziati della vista in generale è fondamentale capire come tutte queste strutture interagiscono durante lo sviluppo dell'occhio", ha affermato.
Durante l'operazione di cataratta, i medici rimuovono il cristallino opaco e lo sostituiscono con un cristallino artificiale trasparente. Secondo Eurostat, è la procedura chirurgica più comune nell'UE. Nel 2021, la Francia ha registrato il numero più alto di queste procedure pro capite, seguita da Austria, Estonia e Lussemburgo.
Le moderne tecniche di modellazione, come quelle sviluppate dai ricercatori di OBERON, consentono di passare dai tradizionali metodi basati su tentativi ed errori a piani di trattamento personalizzati e più precisi per ciascun paziente.
Il loro approccio consente ai chirurghi di personalizzare le soluzioni chirurgiche per ciascun paziente in base alle sue specifiche caratteristiche anatomiche, anziché basarsi su medie generiche, il che si traduce in un risultato decisamente migliore per il paziente.
Oltre a ciò, i ricercatori stanno anche sviluppando nuovi trattamenti che saranno in grado di ridurre o addirittura prevenire il malfunzionamento del cristallino, che solitamente si sviluppa con l'età, eliminando così la necessità di un intervento chirurgico. Ciò è sempre più importante, dato l'invecchiamento della popolazione europea.
Un mondo sempre più miope
González-Méijome ed il gruppo di ricerca OBERON stanno anche affrontando i problemi di vista che colpiscono i più giovani, come la miopia, o miopia, una condizione che fa apparire sfocati gli oggetti distanti. Questa condizione sta diventando sempre più comune tra i bambini in Europa.
Secondo González-Méijome, la miopia è influenzata sia da fattori ambientali che genetici. Studi recenti hanno dimostrato un collegamento tra livelli di istruzione più elevati, aumento del tempo trascorso davanti allo schermo ed aumento dell'incidenza della miopia nei bambini in Europa.
"Mentre i compiti intensivi da vicino sembrano aumentare lo sviluppo della miopia, non possiamo dire ai bambini di non studiare: di solito consigliamo il contrario", ha affermato González-Méijome. "Quindi dobbiamo capire meglio come gestire la crescita eccessiva degli occhi nonostante i compiti posti sul sistema visivo dei nostri bambini".
Di conseguenza, è improbabile che la miopia scompaia nel prossimo futuro e ci si affiderà sempre di più agli scienziati della vista ed agli oculisti per attenuare il problema, riducendo l'insorgenza della miopia e rallentandone la progressione attraverso migliori opzioni ottiche e chirurgiche.
Le tecniche di modellazione dell'ottica e della funzionalità dell'occhio, della chirurgia refrattiva laser o della chirurgia della cataratta sviluppate presso OBERON possono contribuire a garantire che gli interventi ottici e chirurgici siano il più possibile precisi e sicuri.
Precisione matematica
Uno degli importanti progressi compiuti nel campo della chirurgia oculare deriva dall'applicazione della precisione matematica al funzionamento biologico e fisiologico dell'occhio.
Dal 2014 al 2017, il professor Hrvoje Šikić, professore di matematica presso l'Università di Zagabria, in Croazia, ha guidato un progetto di ricerca finanziato dall'UE chiamato MOLEGRO, che ha sviluppato il primo modello matematico al mondo della crescita del cristallino.
La combinazione riuscita di teoria matematica e intuizioni biologiche ha reso possibile la decodifica della complessa biologia di come si sviluppa il cristallino. Per Šikić, questo approccio interdisciplinare ha rappresentato una sfida intrigante.
"All'inizio non ne ero sicuro, ma poi ho capito che ci sarebbero state delle interessanti sfide matematiche su cui lavorare", ha affermato Šikić, che aveva una limitata esperienza precedente nell'applicazione di modelli matematici alla biologia.
L'idea gli venne da un suo amico, il biologo statunitense Dr. Steven Bassnett, un rinomato leader nel campo della biologia delle cellule del cristallino.
La sfida, afferma Šikić, è stata quella di mettere da parte la tipica mentalità da lupo solitario del matematico, abituato a lavorare nel mondo astratto, ed imparare a lavorare come parte di un gruppo più ampio che opera nel mondo reale.
Processo di crescita unico
La joint venture ha creato il primo modello matematico della crescita del cristallino, che mostra come le cellule del cristallino cambiano nel tempo, man mano che il cristallino si evolve nel corso della vita di una persona.
Il cristallino è unico in quanto cresce aggiungendo nuove cellule all'interno della capsula, una membrana elastica che circonda il cristallino. Le vecchie cellule non vengono scartate, ma vengono stipate al centro dell'organo.
Le scoperte del gruppo di Šikić si sono rivelate utili per orientare le tecniche di chirurgia della cataratta.
L'impatto della cataratta rimane piuttosto significativo in tutto il mondo, soprattutto nei paesi in via di sviluppo, dove continua a essere una delle principali cause di cecità.
Il gruppo ha anche identificato come il processo di crescita dell'occhio contribuisca allo sviluppo della cataratta in combinazione con noti fattori di rischio, come l'esposizione alla luce ultravioletta. Ciò fornisce spunti su come potremmo ritardare o prevenire lo sviluppo di problemi agli occhi.
"L'impatto della cataratta rimane piuttosto significativo in tutto il mondo, soprattutto nei paesi in via di sviluppo, dove continua a essere una delle principali cause di cecità", ha affermato Šikić.
A prova di cancro
Insieme a Bassnett, Šikić sta ora studiando uno degli aspetti più sorprendenti della loro ricerca: perché il cristallino sembra essere a prova di cancro.
"Di per sé, non c'è nulla di speciale nelle cellule del cristallino che fermerebbe il cancro, il tessuto è simile alla pelle", ha spiegato Šikić. "Stiamo attualmente indagando se l'assenza di cancro in questo tessuto sia collegata al suo processo di crescita unico".
"L'idea ci è venuta mentre lavoravamo in MOLEGRO. È intrigante e nuova e sicuramente verrà accolta con scetticismo. Ecco perché deve essere molto ben argomentata. Ma stiamo analizzando vari modelli concreti e crediamo che entro due anni dovremmo avere il lavoro completato ed inviato per la revisione".
ENGLISH
EU-funded researchers are unlocking the secrets of the human eye, creating cutting-edge digital models that are transforming the quality of eye surgeries.
Developing state-of-the-art computer models of the eye will help make eye surgery safer and more precise.
For 89-year-old Mercedes Alvarez from the northern Spanish city of Gijón, cataract surgery was more than a routine medical procedure, it was a life-changing experience.
“At first, I didn’t want to do it, even though I had trouble seeing anything,” Alvarez said. “I spent sleepless nights worrying because, at my age, even a simple procedure felt risky.”
However, after doctors reassured her that age was not a barrier to treating cataracts – a clouding of the lens of the eye – she decided to go ahead. Delighted with the result, she can now appreciate life’s small details again, such as reading the newspaper every morning.
“I put on my glasses, and I can read even the small print!”
Alvarez is one of more than four million people who undergo cataract surgery in the EU every year, according to Eurostat – the EU’s statistical office.
Her experience is a testament to the major advances in cataract surgery and eye care in recent years, driven in part by international collaborative research funded by the EU.
Optical illusion
Dr José Manuel González-Méijome, founder and coordinator of the Clinical and Experimental Optometry Research Lab at the University of Minho in Braga, Portugal, coordinates one such research initiative – a four-year EU-funded project called OBERON that will conclude in 2025.
The OBERON research team brings together eye experts from universities in Belgium, Poland, Portugal, Spain, Switzerland and the UK, along with non-academic partners from the Netherlands and Spain.
While intensive near-work tasks seem to increase myopia development, we can’t tell children not to study – we usually advise the opposite.
Combining optics and biomechanics, they are developing state-of-the-art computer models of the eye that will help make eye surgery safer and more accurate. The team also educates 15 young researchers, helping them to embrace the latest interdisciplinary advances in eye structure, function and treatment.
González-Méijome, a professor of optometry and vision science at the University of Minho, describes the eye as a biological tissue with both optical and biomechanical properties interacting between them.
The computer models developed are able to faithfully mimic these properties, providing valuable guidance to vision scientists, optometrists and eye surgeons on predicting the behaviour of eye tissues under normal development and different clinical conditions.
Delicate procedure
To help understand the surgeon’s task, González-Méijome explains that a human eyeball weighs only about 7.5 grams and measures around 2.3 centimetres.
“It’s incredibly small and complex and the surgeon must navigate inside without harming the different layers, while for vision scientists in general, it is critical to understand how all those structures interact as the eye develops,” he said.
During cataract surgery, doctors remove the cloudy eye lens and replace it with a clear, artificial lens. According to Eurostat, it is the most common surgical procedure in the EU. In 2021, France recorded the highest number of these procedures per capita, followed by Austria, Estonia and Luxembourg.
Modern modelling techniques, such as those being developed by the OBERON researchers, enable a shift from traditional trial-and-error methods to personalised and more precise treatment plans for each patient.
Their approach allows surgeons to tailor surgical solutions to each patient based on their specific anatomical characteristics rather than relying on generic averages, which results in a much better outcome for the patient.
On top of that, the researchers are also developing new treatments that will be able to reduce or even prevent eye lens malfunction, which usually develops with age, thus removing the need for surgery. This is increasingly important, given Europe’s ageing population.
An increasingly short-sighted world
González-Méijome and the OBERON research team are also addressing eyesight issues that affect younger people, such as myopia, or short-sightedness – a condition that causes distant objects to appear blurry. This is becoming increasingly common among children in Europe.
According to González-Méijome, short-sightedness is influenced by both environmental and genetic factors. Recent studies have shown a link between higher education levels, increased screen time and the rising incidence of myopia in children in Europe.
“While intensive near-work tasks seem to increase myopia development, we can’t tell children not to study – we usually advise the opposite,” said González-Méijome. “So we need to better understand how to manage excessive eye growth despite the tasks posed on our children’s visual system.”
As a result, myopia is unlikely to disappear in the foreseeable future and there will be an increased reliance on vision scientists and eye care practitioners to mitigate the problem by reducing myopia onset and slowing its progression through better optical and surgical options.
The modelling techniques on eye optics and function, laser refractive surgery or cataract surgery developed in OBERON can help to ensure that optical and surgical interventions are as accurate and safe as possible.
Mathematical precision
Part of the important advances being made in eye surgery comes from applying mathematical precision to the biological and physiological workings of the eye.
From 2014 to 2017, Professor Hrvoje Šikić, a professor of mathematics at the University of Zagreb, Croatia, led an EU-funded research project called MOLEGRO which developed the world’s first mathematical model of eye lens growth.
Successfully blending mathematical theory with biological insights made it possible to decode the complex biology of how the eye lens develops. For Šikić, this interdisciplinary approach presented an intriguing challenge.
“At first, I wasn’t sure, but then I realised there would be some interesting mathematical challenges to work on,” said Šikić, who had limited prior experience in applying mathematical models to biology.
The idea came from a friend of his, US biologist Dr Steven Bassnett, a renowned leader in the field of lens cell biology.
The challenge, says Šikić, was to set aside the typical lone-wolf mentality of the mathematician, used to working in the abstract world, and learn to work as part of a larger team operating in the real world.
Unique growth process
The joint venture created the first mathematical model of lens growth that shows how cells in the eye lens change over time, as the lens evolves throughout a person’s lifetime.
The eye lens is unique in that it grows by adding new cells inside the capsule, an elastic membrane surrounding the lens. The old cells are not discarded, but are packed into the centre of the organ.
The findings of Šikić’s team have been helpful in guiding cataract surgery techniques.
The impact of cataracts remains quite significant worldwide, especially in developing countries, where they continue to be a leading cause of blindness.
The team has also identified how the eye’s growth process contributes to the development of cataracts in combination with known risk factors, like exposure to ultraviolet light. This provides insights into how we could delay or prevent the development of eye problems.
“The impact of cataracts remains quite significant worldwide, especially in developing countries, where they continue to be a leading cause of blindness,” said Šikić.
Cancer proof
Together with Bassnett, Šikić is now investigating one of the more surprising aspects of their research: why the eye lens appears to be cancer-proof.
“In itself, there’s nothing special about the lens cells that would stop cancer, the tissue is similar to skin,” Šikić explained. “We are currently investigating whether the absence of cancer in this tissue is linked to its unique growth process.”
“The idea came to us as we were working in MOLEGRO. It is intriguing and new and will certainly be met with scepticism. That’s why it must be really well argued. But we are analysing various concrete models and believe that within two years, we should have the work completed and sent for review.”
Da:
https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/fresh-eyesight-insights-bring-human-eye-sharp-focus
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