Conventionele collageen cross-linking
De conventionele CXL procedure zoals beschreven in het Dresden protocol in 2003 , de gewijzigde versie in 2008 , en het Siena protocol is van toepassing op cornea’s met een minimale stromale dikte van 400 μm, en omvat de verwijdering van de centrale 7-9 mm van het corneale epitheel gevolgd door instillatie van isoosmolaire riboflavine 0.1 % oplossing in 20 % dextran. UVA-bestraling (370 nm) met 3 mW/cm2 UVA gedurende 30 minuten (5,4 J/cm2) over 8 mm diameter van de centrale cornea wordt gestart na stromale verzadiging met riboflavine. De werkzaamheid van dit protocol wordt ondersteund door talrijke studies sinds de introductie ervan in 2003.
Kymionis et al. pasten de conventionele CXL procedure toe in 14 dunne cornea’s met een minimale corneale dikte van minder dan 400 μm (range 340-399 μm) na epitheliale verwijdering. Verbetering in ongecorrigeerde gezichtsscherpte (UDVA), gecorrigeerde gezichtsscherpte (CDVA), en vermindering van de gemiddelde keratometrie metingen werden geregistreerd tijdens de 12 maanden follow-up. Ondanks de afwezigheid van klinisch duidelijke complicaties, werd postoperatief een significante vermindering van de endotheelceldichtheid van 2733 tot 2411 cellen/mm2 waargenomen. De film van 0,1% isoosmolaire riboflavine met 20% dextran werd gemeten op ongeveer 70 μm dikte na 1 minuut van instillatie en bleef stabiel gedurende 22 minuten. Met de riboflavine-dextran film werd de UVA-stralingssterkte in menselijk hoornvliesstroma op 400 μm gemeten op 0,21 mW/cm2, wat veel lager is dan het eerder genoemde cytotoxiciteitsniveau waarop de ingestelde beperking van minimale diepgetrokken stromale dikte van 400 μm is gebaseerd. Het is dus mogelijk dat de absorptie en afscherming van UVA door de riboflavine film de schade aan het endotheel heeft voorkomen. Niettemin is een langere follow-up en grotere patiëntenseries essentieel om de veiligheid en werkzaamheid van conventionele CXL in klinische toepassing bij dunne hoornvliezen te evalueren.
Hypoosmolaire riboflavine oplossing
Het hoornvlies heeft een inerte zweldruk , wat betekent dat het hoornvliesstroma de neiging heeft zijn volume te vergroten in een isooncotisch milieu. Het diep-geithelialiseerde hoornvlies kan opzwellen tot het dubbele van zijn normale dikte wanneer het wordt geïrrigeerd met een hypoosmolaire oplossing. Hafezi en medewerkers pasten deze methode toe om de dikte van het hoornvlies te vergroten voor CXL in dunne hoornvliezen. Na epitheliale verwijdering werd 0,1-20 % dextran isoosmolar riboflavine gedurende 30 minuten op de cornea aangebracht. Vervolgens werd 0,1% dextran-isoosmolaire riboflavine toegediend tot de dikte van het hoornvlies op het dunste punt 400 μm bedroeg, vóór het begin van de UVA-bestraling. De auteurs meldden een stabilisatie van keratectasie in 20 ogen die met deze aanpak werden behandeld. In een latere studie door Raiskup et al. werd 0,1 % hypoosmolaire riboflavine toegepast na epitheliaal debridement totdat de met riboflavine verzadigde cornea het minimum van 400 μm had bereikt. In deze studie, één jaar na de behandeling, bleven CDVA en keratometrische waarde onveranderd en werd geen schade aan de cornea in de vorm van detecteerbare littekenvorming in het stroma geregistreerd. Vergelijkbare resultaten werden gerapporteerd door Wu et al. Integendeel, in ogen behandeld met isoosmolaire riboflavine-oplossing, had een permanent stromaal litteken de neiging zich te ontwikkelen in dunne cornea’s na CXL. Gu et al. gebruikten 0,1% hypoosmolaire riboflavine oplossing als verzadigings- en zwellingsoplossing in 8 dunne cornea’s die een CXL procedure ondergingen. Zij rapporteerden een lichte afname van de endotheel celdichtheid 3 maanden na de behandeling.
De preoperatieve zwelling van het hoornvlies verbreedt het spectrum van CXL indicaties naar dunnere hoornvliezen. Hafezi en collega’s rapporteerden echter een geval waarin CXL de progressie van keratoconus niet kon stoppen in een zeer dun hoornvlies (minimale dikte van 268 μm na verwijdering van het epitheel), ondanks het feit dat door zwelling met hypoosmolaire riboflavine-oplossing de dikte toenam tot 406 μm en er postoperatief geen nadelige endotheelreactie werd waargenomen. De auteurs stelden daarom de hypothese dat er een minimale, nog te bepalen stromale dikte nodig is voor het optreden van effectieve CXL. Zij suggereerden een minimale stromale dikte van 330 μm of meer vóór zwelling, bij gebruik van hypoosmolaire riboflavine-oplossing.
Kaya et al. en Soeters et al. voerden intraoperatieve corneale diktemetingen uit tijdens CXL met hypoosmolaire riboflavine-oplossing bij dunne cornea’s. Zij vonden dat het kunstmatige zwellingseffect van voorbijgaande aard was, en dat de dunste pachymetrische metingen significant afnamen na 10 en 30 minuten van isoosmolaire riboflavine (met dextran) applicatie, met of zonder UVA bestraling. Het dunner worden van de cornea na instillatie van 0.1-20 % dextran riboflavine isoosmolaire oplossing werd ook gerapporteerd in andere studies. De auteurs leidden daaruit af dat de vermindering van de dikte van de cornea te wijten was aan het hyperoncotisch effect van de dextraan. Vetter et al. evalueerden het modulerende effect van verschillende riboflavine 0,1 en 0,2 % samenstellingen op de centrale corneale dikte in verse postmortale varkensogen. Er werd geen correlatie waargenomen tussen de osmolariteit van de samenstelling en het zwelgedrag van de behandelde cornea’s, terwijl een omgekeerde correlatie werd geverifieerd tussen de dextranconcentratie en het zwellingseffect. Tegelijkertijd zou de lagere absorptie en het afschermend effect van de dunnere hypoosmolaire riboflavine film op de cornea, door toepassing van de hypoosmolaire riboflavine zonder dextran alleen, het stralingsniveau in het stroma verhogen, waardoor het endotheel een hoger risico loopt. Daarom moet de cornea worden gezwollen tot een dikte van meer dan 400 μm of kan de concentratie riboflavine in de hypoosmolaire oplossing worden verhoogd. Daarom werd gesuggereerd dat de ontwikkeling van nieuwe riboflavine oplossingen met isooncotische eigenschappen om een stabiele film te creëren de veiligheid van CXL zou kunnen verhogen. Bovendien kan een gebrek aan verdampingsweerstand door het hoornvliesepitheel, en/of een toename van de endotheelpompactiviteit ook bijdragen tot hoornvliesverdunning. Er werd voorgesteld dat het verwijderen van het deksel speculum tijdens riboflavine saturatie, en het gebruik van bestralingstoestellen met kortere bestralingstijd (en hoger vermogen) voordelig zou kunnen zijn. Monitoring van de dikte van het hoornvlies gedurende de CXL behandeling zou ook belangrijk kunnen zijn. CXL zal naar verwachting minder effect hebben op de biomechanica van kunstmatig gezwollen hoornvliezen, vanwege de lagere relatieve concentratie collageen in het gehydrateerde stroma. Vervolgonderzoek op lange termijn naar deze kwestie is gerechtvaardigd.
Transepitheliale collageen cross-linking
Stoffen zoals benzalkoniumchloride, ethyleendiaminetetraazijnzuur (EDTA) en trometamol, vooral wanneer gecombineerd, verbeteren de epitheliale permeabiliteit van hydrofiele macromoleculen, zoals riboflavine . Door de additieven toe te voegen om riboflavine te helpen doordringen in het stroma van het hoornvlies door het intacte epitheel, kan CXL worden uitgevoerd zonder epitheliaal debridement (transepitheliale CXL). Er is voorgesteld (maar niet bewezen) dat transepitheliale CXL de postoperatieve pijn, de tijdelijke verslechtering van het gezichtsvermogen, alsook complicaties zoals infectieuze keratitis na conventionele CXL zou verminderen. Bovendien kunnen dunnere cornea’s veiliger worden behandeld met transepitheliale CXL dan met conventionele CXL, omdat het endotheel beter beschermd is door het UVA-filterende effect van het intacte epitheel.
In een bilaterale studie gebruikten Filippello et al. trometamol en natrium EDTA als versterkers en pasten transepitheliale CXL toe bij 20 keratectatische ogen met een gemiddelde corneale dikte (inclusief epitheel) van 412 ± 21 μm. De transepitheliale CXL behandeling bleek de progressie van keratoconus te stoppen in alle behandelde ogen gedurende 18 maanden follow-up. Het leverde ook statistisch significante verbeteringen op in alle visuele en topografische uitkomstmaten, terwijl de contralaterale onbehandelde ogen een verslechtering van alle parameters vertoonden. Spadea et al. , die een gelijkaardig protocol gebruikten bij dunne cornea’s, bevestigden het effect op de stabilisatie van de keratocone ogen. De visuele en topografische verbetering was echter minimaal. In geen van de studies werd schade aan de endotheelcellen waargenomen.
Wollensak et al. schatten een toename van 64 % van de stijfheid van het hoornvlies in menselijke hoornvliezen met transepitheliale CXL met gebruikmaking van topische verdovingsmiddelen en benzalkoniumchloride als versterkers, tegenover een toename van 320 % bij gebruik van CXL met de-epithelialisatie . De veiligheid en reproduceerbaarheid van de studie van Filippello et al. zijn onlangs in twijfel getrokken, aangezien de postoperatieve diepte van de demarcatielijn in hun studie slechts ongeveer 100 μm bedroeg, in tegenstelling tot ongeveer 300 μm bij conventionele CXL met epitheliaal debridement. Seiler en Hafezi rapporteerden voor het eerst de demarcatielijn na CXL en brachten de diepte van de lijn in verband met die van de keratocytendood na CXL, zoals gemeten met confocale microscopie. Zij suggereerden dat de lijn de overgangszone tussen gecrosslinkt anterior en onbehandeld posterior stroma vertegenwoordigde. Het is onduidelijk of de ondiepere demarcatielijn bij gebruik van de transepitheliale benadering te wijten was aan de beperkte penetratie van riboflavine in het stroma of dat het een gevolg was van de verminderde penetratie van UVA-licht door afscherming van het met riboflavine geïmpregneerde intacte hoornvliesepitheel. Iontoforese-ondersteunde transepitheliale CXL, waarbij gebruik wordt gemaakt van een niet-invasief toedieningssysteem op basis van een kleine elektrische stroom, is onlangs ontworpen om de penetratie van riboflavine in het hoornvliesstroma te verbeteren. Preklinische resultaten toonden aan dat iontoforese in staat was om de concentratie riboflavine in het hoornvliesstroma te verhogen in vergelijking met transepitheliale CXL met behulp van een versterker, maar niet de concentraties bereikte die eerder werden bereikt met conventionele epitheel-off CXL. De afbakeningslijn na iontoforese-geassisteerde transepitheliale CXL bleek minder gemakkelijk te onderscheiden en ondieper te zijn dan bij conventionele CXL, maar vertoonde qua diepte en visualisatie meer gelijkenis met die na conventionele CXL in vergelijking met door enhancers geassisteerde transepitheliale CXL. In het algemeen bestaat er consensus binnen de wetenschappelijke gemeenschap dat de huidige transepitheliale CXL protocollen niet zo effectief zijn als conventionele epitheel-off CXL.
Custom epithelial debridement techniek
Kymionis et al. voerden CXL uit met custom pachymetry-guided epithelial debridement in één keratoconisch oog en één post-LASIK keratectatisch oog met dunste stroma van minder dan 400 μm. In deze gewijzigde CXL benadering werd 8,0 mm diameter van cornea-epitheel verwijderd; een klein, gelokaliseerd gebied van cornea-epitheel dat overeenkomt met het dunste gebied over de apex van de kegel bleef over. De auteurs stelden voor om hypoosmolaire riboflavine te gebruiken tijdens de UVA-bestraling om uitdroging van het hoornvlies te vermijden en om de stromale riboflavine concentratie te behouden. Negen maanden na de operatie bleef de topografie stabiel, en er werd geen verandering in de dichtheid van de endotheelcellen vastgesteld in de behandelde ogen. Een latere studie van Kaya et al. suggereerde echter dat het epitheel boven het kegelgebied het stroma eronder spaarde van het CXL effect. Vier weken na de behandeling werden stromale waas en demarcatielijn gedetecteerd in de hoornvliesgebieden met epitheliale debridement, maar niet in de gebieden met intact epitheel; diep-gethelialiseerd stroma buiten de kegelstreek vertoonde totale keratocytaire apoptose en honingraatachtig oedeem, terwijl dit minimaal was onder het intacte epitheel. Mazzotta et al. toonden daarentegen keratocyt apoptose aan op een gemiddelde diepte van 160 μm onder het epitheliale eiland vergeleken met 250 μm onder het gedepithelialiseerde gebied in 10 ogen met 1 jaar follow-up.
Eén eerdere studie toonde aan dat de stromale opname van riboflavine na een rasterpatroon van epitheliaal debridement over de volledige dikte heterogeen was, met volledige penetratie tot in het stroma onmiddellijk onder de gebieden van epitheliaal debridement en geen penetratie tot in het stroma onder het intacte epitheel. Onvoldoende verzadiging met riboflavine, in combinatie met het vermogen van het epitheel om de UVA-straling te absorberen, kan leiden tot een verminderd CXL-effect in het kegelgebied en de werkzaamheid van de gehele procedure beïnvloeden. De effectiviteit op lange termijn van deze aangepaste CXL-procedure met een groter aantal patiënten moet worden beoordeeld.
Contactlens-geassisteerde collageen cross-linking
Contactlens-geassisteerde CXL (CACXL) werd geïntroduceerd door Jacob et al. Een Soflens voor dagelijks gebruik met zachte contactlenzen (14 mm diameter, 8.6 mm basale kromming; Bausch & Lomb) van 90 μm dikte gemaakt van hilafilcon en zonder UV-filter werd gedurende 30 minuten ondergedompeld in isoosmolair riboflavine 0,1% in dextran, alvorens het werd aangebracht op het diep-geëpithelialiseerde, met riboflavine verzadigde hoornvlies. De UVA-bestraling van 3,0 mW/cm2 gedurende 30 minuten werd gestart na de bevestiging dat de minimale dikte van het hoornvlies, inclusief de contactlens en riboflavine film, groter was dan 400 μm. De riboflavine oplossing werd om de 3 minuten toegediend tijdens de UVA-straling om de verzadiging van het hoornvlies te behouden en de pre-corneale en pre-contactlens riboflavine film uniform te houden. De pre-corneale riboflavine film met contactlens creëerde een absorptie medium in de pre-corneale ruimte door kunstmatig de dikte van het “riboflavine-filter” te verhogen.
In de 14 ogen behandeld met CACXL, rapporteerden de auteurs een gemiddelde toename van de minimale corneale dikte met 108 μm als de contactlens en riboflavine film werden meegerekend. Bij een gemiddelde follow-up tijd van 6,1 ± 0,3 maanden (range: 6-7 maanden), werd de gemiddelde postoperatieve diepte van de stromale demarcatielijn gemeten op 252,9 μm. Er werden geen significante endotheelverliezen of tekenen van postoperatieve endotheelschade waargenomen. Er werd postoperatief geen significante verandering in de CDVA of de gemiddelde maximale keratometrische waarde vastgesteld, hoewel in 4 ogen (28,5 %) een daling van 1 D van de maximale keratometrische waarde werd waargenomen.
Het voordeel van CACXL is dat het niet afhankelijk is van de zweleigenschappen van het hoornvlies en dat het hoornvlies niet onderhevig is aan oedeem, dat Descemet membraanplooien en endotheelbeschadiging kan veroorzaken. De oppervlakte-irradiantie ter hoogte van het stroma van het hoornvlies wordt bij CACXL echter met 40-50 % verminderd ten gevolge van absorptie door de riboflavine film en de gedrenkte contactlens. Bovendien kan de zuurstofdiffusie, waarvan is aangetoond dat zij cruciaal is in het CXL-proces, door de contactlens worden belemmerd. Als gevolg daarvan kan het effect van CXL worden verminderd. De kleine patiëntenpopulatie, korte follow-up en afwezigheid van een controlegroep zijn de beperkingen van de studie.