Künstliche Hornhaut


Der Austausch der körpereigenen Hornhaut gegen eine fremde Hornhaut kann notwendig werden, wenn die eigene Hornhaut unheilbar erkrankt ist und die Sehkraft des Patienten schwer beeinträchtigt ist. Dabei besteht entweder die Möglichkeit, die Hornhaut eines anderen Menschen (Hornhauttransplantation) oder eine künstliche Hornhaut (Keratoprothese) einzusetzen.

Anatomischer Hintergrund

Die Hornhaut ist sozusagen die „Windschutzscheibe“ des Auges. Sie schützt das empfindliche Augeninnere vor äußeren Einflüssen und stellt gleichzeitig sicher, dass Licht gebündelt auf die Augenlinse fallen kann, und anschließend auf die Netzhaut des Auges projiziert werden kann. Narben, Infektionen, Säureverätzungen oder andere Erkrankungen können zu einer Hornhauttrübung führen, die die Sehfähigkeit beeinträchtigt.

Eine regelmäßig strukturierte, klare und durchsichtige Hornhaut ist für ein scharfes Bild von großer Bedeutung. Wenn eine Erkrankung zu Trübungen der Hornhaut führt, kann kein klares Bild mehr entstehen. In einem solchen Fall wird normalerweise durch die Entfernung der getrübten Hornhaut und den Austausch gegen eine klare Hornhaut das Sehvermögen wiederhergestellt.

Bei einem Großteil dieser Hornhauttansplantationen wird nicht die komplette Hornhaut (Dicke: ca. 500 Mikrometer) ausgetauscht, sondern nur eine sehr dünne Schicht (sogenannte Lamelle) von nur 10-20 Mikrometer Dicke.

Hornhaut
Die Hornhaut schützt die Iris und das empfindliche Augeninnere

Es gibt aber auch Erkrankungen oder Verletzungen, bei welchen eine Verpflanzung der Hornhaut scheitert. Die oberste Schicht der Hornhaut muss der Transplantatempfänger selber bilden. Sie kann nicht transplantiert werden. Ist dies z.B. durch eine schwere Verätzung nicht mehr möglich, kann in diesen selteneren Fällen eine künstliche Hornhaut helfen, um die Sehfähigkeit des Patienten wieder zu verbessern. Weiterhin ist die Verfügbarkeit von menschlichen Spenderhornhäuten begrenzt.

Arztsuche

Die Keratoprothese als letzte Alternative

Bei Erkrankungen der Hornhaut des Auges kommt es oft zur starken Reduktion der Sehkraft der Betroffenen. Als Therapiemöglichkeit in ausgewählten Fällen wird eine Transplantation der Hornhaut vorgenommen.

Für den sehr seltenen Fall, dass eine Hornhauttransplantation für einen bestimmten Patienten nicht möglich ist, wurden in den vergangenen Jahren von Forschern unterschiedliche Varianten künstlicher Hornhäute entwickelt. Diese so genannte Keratoprothese des Auges ist grundsätzlich aufgrund der speziellen Beschaffenheit der Hornhaut schwierig, aber möglich. So können Patienten nach der Implantierung der künstlichen Hornhaut in vielen Fällen ihre Sehfähigkeit wesentlich verbessern.

Der Einsatz künstlicher Materialen in den Körper ist problematisch, da sich das Körpergewebe in der Regel nicht fest mit künstlichem Material verbinden kann. Es kommt zu Immunreaktionen und häufig zur Abstoßung des fremden Materials. Es muss also ein Material eingebracht werden, mit dem das körpereigene Gewebe zusammenwachsen kann. Erst mit der sicheren Verankerung der künstlichen Hornhaut ist deren Funktion und damit die Verbesserung der Sehfähigkeit oder auch die Rettung des Augenlichts der Betroffenen möglich.

Eye scheme
Der Aufbau des menschlichen Auges

Boston KPro (Boston-Keraprothese)

Die sogenannte Boston-Keraprothese (Boston KPro) ist mit Abstand das am häufigsten durchgeführte Verfahren bei Hochrisikopatienten, für die eine Hornhaut-Transplantation nicht möglich ist. Es wird in den USA seit 1992 angewendet und seither stetig weiterentwickelt. In Deutschland trägt die Boston KPro erst seit 2015 eine CE-Kennzeichnung, sie stellt aber inzwischen eine zuverlässige Alternative für betroffene Patienten dar.

Indikation für den Eingriff ist einerseits eine beidseitige Erblindung (Visus von unter 5%), sowie entweder eine gescheiterte konventionelle Hornhauttransplantation oder deren geringe Erfolgsaussichten.

Die Boston KPro bedarf einer sogfältigen und intensiven Kontrolle im Anschluss an die Operation, um Langzeiterfolge erzielen zu können. In den letzten Jahren wurden weltweit über 11.000 Boston KPro-Behandlungen durchgeführt. Trotz der Erfolge ist das Verfahren mit einer höheren Komplikationsrate verbunden als eine normale Hornhauttransplantation.

Boston Kpro type 1 Titanium posterior plate
Boston-Keraprothese: Zu erkennen ist die hintere Metallplatte (inzwischen besteht diese aus transparentem Plastik), die eingenähte Spenderhornhaut sowie der transparente vordere Plastikstift

Zugrundeliegendes Prinzip

Obwohl man bei einer Boston KPro von einer Keraprothese, also einer künstlichen Hornhaut spricht, ist das Verfahren dennoch auf eine Spenderhornhaut angewiesen. Die Spenderhornhaut wird dabei ähnlich wie bei einer Hornhauttransplantation eingepflanzt. Sie übernimmt hier jedoch nicht die optische Funktion einer Hornhaut, sondern dient als Befestigung für die eigentliche Prothese.

Diese Prothese besteht aus zwei Teilen:

  • vorderer Teil aus transparentem Plastik: Eine Art Stift mit aufgesetzter Frontplatte
  • hinterer Teil: Eine größere, kreisrunde Platte (inzwischen aus transparentem Plastik, früher aus Metall) mit Löchern und ein metallischer Fixierring

Der vordere Teil übernimmt die Licht-transportierende Funktion der Hornhaut, während der hintere Teil dem gesamten Aufbau Stabilität verleiht.

Die hintere Platte übernimmt neben der Fixierung des vorderen Prothesenteils auch die Funktion der Iris, welche zuvor entfernt wurde. Sowohl Spenderhornhaut als auch der hintere Teil der Prothese haben in der Mitte ein kreisförmiges Loch von der Größe der Pupille. Durch dieses Loch wird der Schaft des vorderen Prothesenteils geschoben und hinter der Ringplatte mit einem dünnen Ring fixiert.

Der Plastikkopf des vorderen Prothesenteils wird also einerseits durch die vernähte Spenderhaut und andererseits durch die Ringplatte in Position gehalten.

Ziele und Resultate der Boston KPro

In den meisten Fällen wird die Prothese gut vertragen. Komplikationen können sich unter anderem in der Entwicklung eines erhöhten Augeninnendrucks (Grüner Star), in der Überwachsung der Optik mit Schleimhaut, eines Makulaödems oder einer retroprothetischen Membran zeigen. In vielen Fällen können diese Probleme allerdings behoben werden.

Die Boston KPro kann keine perfekte Sicht ermöglichen. Ziel ist, Betroffenen, die infolge einer erkrankten Hornhaut als blind definiert werden, wieder eine orientierende Sicht zu ermöglichen.

Studien belegen, dass 57- 83% der Patienten nach der Heilung auf einer Sehtesttafel Buchstaben auf 6 Meter Entfernung erkennen, die Gesunde auf 60 Meter identifizieren können. 19-23% der Betroffenen erreichen sogar eine Identifizierung von Buchstaben auf 6 Metern, die Gesunde auf 12 Meter erkennen.

Die Kosten für eine Boston KPro betragen rund 3000 €.

Osteo-Odonto-Keratoprothese

Aus den Erfahrungen der Zahnmedizin ist bekannt, dass Kronen und Plomben aus Metall an der mineralischen Substanz des Zahns dauerhaft festgeklebt werden können. Daher nutzte der italienische Augenarzt Benedetto Strampelli im Jahr 1963 erstmals eine Zahnwurzel, um im Rahmen einer Keratoprothese-Operation eine künstliche Hornhaut an der Augenoberfläche zu befestigen.

Dieses Verfahren, die sogenannte Osteo-Odonto-Keratoprothese, wird heute an einigen Kliniken angewandt. Dabei ist es nötig, die Augenlinse und die Regenbogenhaut zu entfernen. Transplantationsmaterial wird dem Körper des Patienten entnommen: Dazu wird ein Zahn samt Zahnwurzel und umgebendem Kieferknochen herausoperiert. Im Anschluss wird für die Erstellung und Fixierung der künstlichen Hornhaut die Zahnwurzel derart bearbeitet, dass die Verklebung eines optischen Zylinders aus Plexiglas möglich wird. Die so entstandene künstliche Hornhaut wird dann auf die erkrankte Hornhaut des Patienten gesetzt.

In der Regel ermöglicht diese Keratoprothese ein orientierendes Sehvermögen, wenn der Sehnerv und die Nervenzellschicht des Patienten intakt sind. 20-40% der Patienten haben nach 10 Jahren eine Sehkraft größer als 5%.

Kosmetisch betrachtet ist das Ergebnis einer derartigen Keratoprothese Operation jedoch nicht sehr ansprechend und die künstliche Hornhaut ist als solche erkennbar, da die weißen Bereiche des Auges und die farbige Regenbogenhaut von hautfarbener Wangenschleimhaut verdeckt wird.

Wenn ein Patient keine für diesen Zweck geeigneten Zähne besitzt, kann auch Knochenmaterial aus dem Schienenbein entnommen werden. Diese Form der künstlichen Hornhaut des Auges wird auch als „Tibia corticalis“ Keratoprothese des Auges bezeichnet. Ein Stück Knochen aus dem Schienenbein wird in diesem Fall statt des Zahnknochens für die Fixierung des optischen Zylinders der künstlichen Hornhaut des Auges benutzt.

Künstliche Hornhaut aus wasseraufnahmefähigem Material

Eine weitere Form der künstlichen Hornhaut lässt sich für komplizierte Fälle verwenden, bei welchen eine Spenderhornhaut vom Körper nicht toleriert wird. Dies geschieht bei den Patienten meist aufgrund einer vorliegenden Erkrankung, oder sie haben mehrere Transplantationen erfolglos durchlaufen. Das nachfolgend vorgestellte Verfahren hat bislang noch experimentellen Status.

Die für diese Patienten geeignete Keratoprothese des Auges besteht aus einem Material mit einer Struktur, die gut Wasser aufnehmen kann. Durch eine spezielle Beschichtung der Oberfläche und eine chemische Veränderung des Randes dieser künstlichen Hornhaut kann diese leichter mit ihrer Umgebung verwachsen.

Zunächst wurden die neu entwickelten Formen der künstlichen Hornhaut des Auges im Labor auf ihre Verträglichkeit geprüft und mehreren Versuchstieren eingepflanzt. Die implantierten Varianten wuchsen überwiegend erfolgreich in das umgebende Gewebe ein. Sie erwiesen sich dabei als ausreichend lichtdurchlässig und fest verankert. Es fand über einen Zeitraum von sechs Monaten keine Abstoßung der Keratoprothese statt und die Tiere vertrugen die künstliche Hornhaut des Auges bzw. die Keratoprothese des Auges insgesamt gut.

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Künstliche Hornhaut aus Kollagenfasern

Eine sehr erfolgsversprechende Variante der künstlichen Hornhaut wurde in Form einer porösen Matrix aus dem Protein Kollagen entwickelt. Kollagen eignet sich für die Keratoprothese ganz besonders, da es als Protein auch den Hauptbestandteil der natürlichen Hornhaut darstellt.

Die künstliche Hornhaut aus der Kollagenmatrix wurde bislang nur in einer Pilotstudie angewendet und befindet sich noch im experimentellen Status.

Vorteile des Verfahrens

  • Verbesserung der Sehkraft ähnlich wie bei der Transplantation einer Spenderhornhaut
  • Bessere Verträglichkeit dieser künstlichen Hornhaut: Patienten mussten keine oder kaum Medikamente zur Unterdrückung einer Abstoßungsreaktion einnehmen
  • Krankheitserreger können bei dieser Form der künstlichen Hornhaut nicht übertragen werden
  • Bei neun von zehn Patienten wuchsen die bei der Operation durchtrennten Nerven in das neue Gewebe ein und sorgten dafür, dass das Implantat berührungsempfindlich wurde

Lediglich bei zwei von zehn Versuchspersonen war im Anschluss an die Implantierung eine Verschlechterung der Sehfähigkeit festzustellen. Dieses Defizit konnte aber durch Kontaktlinsen verbessert werden.

Noch bessere Ergebnisse könnten erzielt werden, wenn keine Nähte, sondern beispielsweise ein biologischer Klebstoff für die Verankerung des Implantats zum Einsatz käme. Durch die bisher verwendeten Nähte wird das Einwachsen der künstlichen Hornhaut in das Auge verzögert. Das beeinträchtigt letztendlich die Heilung und erhöht die Anfälligkeit für Komplikationen.

Körperliche Voraussetzungen für den Einsatz einer künstlichen Hornhaut

Wenn für einen Patienten eine Keratoprothese-Operation in Frage kommt, muss zunächst eine gründliche augenärztliche Untersuchung vorausgehen.

Um ein gutes Resultat der Keratoprothese erwarten zu können, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein:

  • Das betroffene Auge sollte noch Licht wahrnehmen können
  • Der Augeninnendruck muss reguliert sein (kein zu hoher Druck!)
  • Das Auge darf nicht entzündet sein, da dies das Einwachsen der künstlichen Hornhaut beeinträchtigen kann

Komplikationen und Nachbehandlung

Der Eingriff erfolgt meist stationär und in Vollnarkose. Der Patient muss nach der Operation je nach Verlauf zwischen vier und sechs Tagen im Krankenhaus bleiben – je nachdem, ob Komplikationen auftreten.

Die Zahl der verpflanzten künstlichen Hornhäute ist insgesamt noch gering. Aufgrund der Komplexität der Keratoprothese-Operation muss das Operationszentrum über eine gewisse Erfahrung verfügen.

Infektionen stellen generell immer noch das größte Problem nach dem Eingriff dar. Aus diesem Grund ist eine Nachbehandlung mit Antibiotika sehr wichtig, denn eine nicht behandelte oder nicht erkannte Infektion kann unter Umständen zur Erblindung des betroffenen Auges führen.

Weiterhin sind nach einer Keratoprothese-Operation intensive Nachkontrollen der Patienten erforderlich. Bei diesen wird der Sitz der künstlichen Hornhaut, der Augeninnendruck und die Sehkraft überprüft.

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Ausblick

Generell ist mit weiteren Verbesserungen im Bereich der künstlichen Hornhaut zu rechnen. Insbesondere das Material und damit die Verträglichkeit ist Gegenstand von Forschungsprojekten. Wenn es gelingt, die Kosten des komplexen Eingriffs zu senken, wird diese Methode weitere Anwendung und Verbreitung finden.

Auch bestehende Probleme, wie etwa die relativ geringe Belastbarkeit der künstlichen Hornhaut, werden sich durch künftige Entwicklungen lösen lassen.

Nicht zuletzt lässt sich dann auch der Mangel an verfügbaren Spenderhornhäuten ausgleichen.

Medizinischer Berater: Professor Siegfried Priglinger