Evaluation of Inflammatory Mediators in the Tear Film before and after Corneal Cross-Linking

Abstract

A córnea é a camada mais externa do globo ocular. É convexa e cobre a íris, a pupila e a câmara anterior, continuando-se com a esclera. Tem a principal função de proteger o globo ocular e refratar a luz para permitir que a imagem visual seja focada na retina. Esta capacidade é comprometida quando a córnea se deforma progressivamente formando uma protusão cónica. Chama-se a esta patologia queratocone, que leva à perda da acuidade visual e é dificilmente reversível.Atualmente, um dos tratamentos mais comuns do queratocone tem o intuito de aumentar a rigidez biomecânica da córnea e parar a progressão da doença através da cirurgia de cross-linking, que consiste na reticulação do colagénio da córnea pela aplicação de riboflavina e de radiação ultravioleta A. Os resultados são variáveis entre doentes, facto este que ainda não tem uma explicação precisa.Com este estudo, o nosso objetivo é identificar uma relação causal entre citocinas inflamatórias e resultados cirúrgicos para melhorar a otimização do cross-linking e melhorar a qualidade de vida dos doentes. Com este propósito, foram recrutados 35 doentes e 19 controlos. Os dados tomográficos, a acuidade visual e as condições patológicas e fisiológicas dos pacientes foram colhidos e analisados. Além disso, duas amostras de fluido lacrimal foram colhidas do grupo de controlo e do grupo de pacientes (pré e pós-operatório), ambas com um intervalo de seis meses entre cada colheita.Os nossos resultados mostram que há uma melhoria significativa após o cross-linking em termos de acuidade visual (valor de p <0,0001) e nas medidas topográficas (Kmax e TCT) com valor de p = 0,0417 e p = 0,0003, respetivamente. A comparação das citocinas lacrimais entre o grupo de controlo, o pré e o pós-operatório do grupo de estudo não foi estatisticamente significativa. No entanto, consegue-se observar que há uma tendência para níveis mais elevados de inflamação no grupo pré-operatório.Concluindo, o nosso estudo sugere que os pacientes com queratocone têm níveis mais elevados de citocinas pró-inflamatórias e que a cirurgia de cross-linking com ablação com laser excimer reduz a inflamação do filme lacrimal 6 meses depois da cirurgia. Embora a patogénese da doença ainda não esteja totalmente compreendida, acreditamos que as nossas pesquisas contribuirão significativamente para tratamentos focados no paciente e, em última análise, levarão a uma melhor qualidade de vida dos pacientes.

The cornea is the outermost layer of the eyeball, it is convex and covers the iris, pupil and anterior chamber, being continuous with the sclera. It has the main function of protecting the eye and refracting light to focus the visual image on the retina. This ability is compromised when the cornea progressively deforms forming a conical-shaped protrusion. This pathology is called keratoconus, which leads to a loss of visual acuity that is difficult to reverse.Currently, one of the most common keratoconus treatments aims to increase the biomechanical stiffness of the cornea and stop the disease progression through a cross-linking surgery, which consists in cross-linking of corneal collagen through the application of riboflavin under ultraviolet A radiation. Its outcome is significantly variable between patients, whose reason has not yet a precise explanation.With this study, our aim is to identify a causal relationship between inflammatory cytokines and surgical outcomes to improve cross-linking optimization and upgrade patient’s quality of life. For this purpose, 35 patients and 19 controls were enrolled. Tomographic data, visual acuity and pathological and physiological conditions from patients were collected and analysed. Also, two tear fluid samples were collected from each element of the control group and from the patient’s group (preoperatively and postoperatively), both with a 6-month interval between each collection.Our results show that there is a significant improvement after cross-linking in terms of visual acuity (p-value <0.0001) and topographic measures (Kmax and TCT) with p-value = 0,0417 and p-value = 0,0003 respectively. The tear cytokine comparison made between the control group, the pre-op and post-op of the study group was not statistically significant. However, it can be observed that there is a tendency towards higher levels of inflammation in the pre-operative group.Overall, our study suggests that patients with keratoconus have higher levels of pro-inflammatory cytokines and that cross-linking surgery with excimer laser ablation reduces tear film inflammation at 6 months post-op. Although the pathogenesis of the disease is not yet fully understood, we believe that this research work will contribute significantly to patient-focused treatments and ultimately lead to better quality of life for patients.