The effects of autologous serum tears on the cornea and ocular surface of patients with severe dry eye disease: a prospective, double-blind, randomized, controlled, contralateral eye study

Abstract

Purpose: To investigate how treatment with Autologous Serum (AS) tears 50% affects the ocular surface of patients with refractory Dry Eye Disease (DED) due to Sjogren’s Syndrome. To evaluate the safety of autologous serum tears 50% by reporting adverse effects from AS tears and by microbiological analysis of the remaining AS tears 50% after the use. Study Design: Prospective, double-blind, randomized, controlled, contralateral eye study. Methods: Twenty (20) eyes of ten adult patients with severe DED due to Sjogren’s syndrome, either primary or secondary to rheumatoid arthritis, were contralaterally randomized into either the intervention (AS tears 50%) or the control group (artificial tears). Study visits were conducted at 1, 2 and 3 months. The degree of improvement between groups was assessed via objective assessment tests (corneal and conjunctival staining, tear break up time and Schirmer’s test). Best-Corrected Visual Acuity (BCVA) was also evaluated. High-resolution images of the corneal sub-basal nerves were acquired with the use of In Vivo Confocal Microscopy, IVCM (Heidelberg Retina Tomograph III, Heidelberg Engineering, Germany). Quantitative analysis of the corneal nerves was performed using the Automated Corneal Confocal Metrics software (ACCMetrics, M.A. Dabbah, Imaging Science and Biomedical Engineering, University of Manchester, UK). The intervention-related alterations in the status of the central corneal nerve plexus were evaluated after the quantification by frame of distinct parameters, such as Corneal Nerve Fiber Density (CNFD), Corneal Nerve Branch Density (CNBD) and Corneal Nerve Fiber Length (CNFL). The microbiological integrity of AS tears 50% after the use was investigated using Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization–Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS).Results: Significant increase in the mean TBUT (p=0.004) and Schirmer’s test values (p=0.005) and decrease in the corneal staining (p=0.005) and conjunctival staining scores (p=0.011) in the AS group compared to the randomization visit. Improvement in DED objective measurements also at the 2-month (p=0.005, p=0.007, p=0.005 and p=0.005, respectively) and at the 3-month time points (p=0.005, p=0.005, p=0.005 and p=0.005, respectively) compared to baseline. No significant changes in the control group scores as compared to randomization at 1 month (TBUT, p=0.317; Schirmer’s test, p=0.518; corneal staining, p=1.000 and conjunctival staining, p=0.317), at 2 months (p=0.180, p=0.202, p=0.212 and p=1.000, respectively) and at 3 months (p=0.783, p=0.176, p=0.608 and p=0.527, respectively). Statistically significant improvement in BCVA at 2 months in the intervention group (p = 0.014) and at 3 months (p = 0.015) compared to the randomization visit. No corresponding changes in the control group, compared to baseline, at the first (p = 0.395), the second (p = 0.317) and the third time point (p = 0.317) of the study. Significant quantitative increase of all the IVCM parameters in the AS 50% group compared to baseline at 1 month (CNFD: p = 0.038; CNBD: p = 0.015 and CNFL: p = 0.047) at 2 months (CNFD: p = 0.005, CNBD: p = 0.007, CNFL: p = 0.005) and at 3 months (CNFD: p = 0.005, CNBD: p = 0.005, CNFL: p = 0.005). No corresponding alterations in the artificial tears group compared to randomization at the 1-month (CNFD: p = 0.767, CNBD: p = 0.859, CNFL: p = 0.359), 2-month (CNFD: p = 0.919, CNBD: p = 0.507, CNFL: p = 0.721) and 3-month follow-up (CNFD: p = 0.767, CNBD: p = 0.969, CNFL: p = 0.799). Positive correlation between the CNFD, CNBD and CNFL confocal parameters and the mean break up time (Spearman’s rank correlation coefficient r s = 0.46, p= 0.037; r s = 0.51, p=0.022 and r s = 0.59, p = 0.006, respectively) and Schirmer’s tear test scores at 3 months (r s = 0.50, p= 0.022; r s = 0.51, p=0.020 and r s = 0.64, p = 0.002, respectively). Negative correlation between CNFD, CNBD and CNFL and mean corneal (r s = -0.61, p= 0.004; r s = -0.52, p=0.018 and r s = -0.70, p < 0.001, respectively) and conjunctival staining at 3 months (r s = -0.57, p= 0.008; r s = -0.47, p=0.036 and r s = -0.60, p= 0.004, respectively). Microbiological analysis revealed the presence of Gram-negative bacteria in the remaining AS tears 50%.Conclusions: The use of AS tears 50% improves, the objective indicators of ocular surface dryness, visual acuity and confocal microscopy findings compared to the use of artificial tears at 3 months. The neurotrophic support provided by the implementation of AS tears 50% results in regeneration of the central corneal nerve plexus. Ocular surface healing after the implementation of autologous serum 50% occurs alongside corneal nerve regeneration. The post-treatment corneal nerve regeneration is proportional to tear stability and inversely proportional to the vital staining of the ocular surface. Autologous serum tears in higher concentrations show higher risk of contamination, prompting additional considerations for proper use to ensure safety.

Σκοπός: Να διερευνηθεί πώς η θεραπεία με οφθαλμικές σταγόνες αυτόλογου ορού (AS) 50% επιδρά στην οφθαλμική επιφάνεια ασθενών με σοβαρή νόσο ξηρού οφθαλμού (DED) λόγω του συνδρόμου Sjogren. Να αξιολογηθεί η ασφάλεια των οφθαλμικών σταγόνων του αυτόλογου ορού 50% με τον εντοπισμό δυσάρεστων επιπλοκών και το μικροβιολογικό έλεγχο του αυτόλογου μετά τη χρήση του. Σχεδιασμός της μελέτης: Προοπτική, διπλά τυφλή, τυχαιοποιημένη, ελεγχόμενη μελέτη αντίπλευρου οφθαλμού. Μέθοδοι: Είκοσι (20) από δέκα ενήλικες ασθενείς με σοβαρή DED λόγω του συνδρόμου Sjogren, είτε πρωτοπαθούς ή δευτεροπαθούς της ρευματοειδούς αρθρίτιδας, τυχαιοποιήθηκαν ως προς τη χρήση είτε αυτόλογου ορού 50% ή απλών τεχνητών δακρύων. Ο έλεγχος της βελτίωσης έγινε τον 1ο, το 2ο και τον 3ο μήνα της μελέτης. Ο βαθμός βελτίωσης ανάμεσα στα γκρουπ αξιολογήθηκε με τη χρήση αντικειμενικών τεστ (χρώση κερατοειδή και επιπεφυκότα, tear break up time και Schirmer’s). Επιπλέον, αξιολογήθηκε και η οπτική οξύτητα. Η απεικόνιση της αρχιτεκτονικής του υποεπιθηλιακού νευρικού πλέγματος του κερατοειδή έγινε με τη χρήση συνεστιακής μικροσκοπίας, IVCM (Heidelberg Retina Tomograph III, Heidelberg Engineering, Germany). Η ποσοτικοποίηση της μορφολογίας των νεύρων έγινε με τη βοήθεια του Automated Corneal Confocal Metrics software (ACCMetrics, M.A. Dabbah, Imaging Science and Biomedical Engineering, University of Manchester, UK). Οι μεταβολές στο status των νεύρων στο κέντρο του κερατοειδή έγινε με την αξιολόγηση τριών παραμέτρων: Corneal Nerve Fiber Density (CNFD), Corneal Nerve Branch Density (CNBD) και Corneal Nerve Fiber Length (CNFL). Η ακεραιότητα των οφθαλμικών σταγόνων του αυτόλογου 50% μετά τη χρήση του διερευνήθηκε με τη μέθοδο Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization–Time of Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS).Αποτελέσματα: Σημαντική αύξηση στη μέση τιμή των TBUT (p=0.004) και Schirmer’s τεστ (p=0.005) και μείωση στη χρώση του κερατοειδή (p=0.005) και του επιπεφυκότα (p=0.011) στο γκρουπ του αυτόλογου, σε σύγκριση με την επίσκεψη της τυχαιοποίησης. Επιπλέον, βελτίωση στις αντικειμενικές μετρήσεις ξηρότητας και το 2ο (p=0.005, p=0.007, p=0.005 και p=0.005, αντίστοιχα) και τον 3ο μήνα (p=0.005, p=0.005, p=0.005 και p=0.005, αντίστοιχα) σε σύγκριση με το baseline. Δεν εντοπίστηκαν μεταβολές στην ομάδα ελέγχου σε σύγκριση με την επίσκεψη τυχαιοποίησης τον 1ο μήνα (TBUT, p=0.317; Schirmer’s test, p=0.518; χρώση κερατοειδούς, p=1.000 και χρώση επιπεφυκότα, p=0.317), το 2ο μήνα (p=0.180, p=0.202, p=0.212 και p=1.000, αντίστοιχα) και τον 3ο μήνα (p=0.783, p=0.176, p=0.608 και p=0.527, αντίστοιχα). Στατιστικά σημαντική βελτίωση στη μέση οπτική οξύτητα στην ομάδα του αυτόλογου στους δύο μήνες (p = 0.014) και στους τρεις μήνες (p = 0.015) σε σύγκριση με την επίσκεψη της τυχαιοποίησης. Δεν εντοπίστηκαν αντίστοιχες μεταβολές στην ομάδα ελέγχου σε σύγκριση με το baseline, στο πρώτο (p = 0.395), στο δεύτερο (p = 0.317) και στο τρίτο χρονικό σημείο ελέγχου (p = 0.317) της μελέτης. Σημαντική ποσοτική αύξηση παρατηρήθηκε και σε όλες τις παραμέτρους του IVCM στο γκρουπ του AS 50% σε σύγκριση με το baseline τον 1ο μήνα (CNFD: p = 0.038; CNBD: p = 0.015 και CNFL: p = 0.047) στους 2 μήνες (CNFD: p = 0.005, CNBD: p = 0.007, CNFL: p = 0.005) και στους 3 μήνες (CNFD: p = 0.005, CNBD: p = 0.005, CNFL: p = 0.005). Δεν υπήρξαν αντίστοιχες αλλαγές στο γκρουπ των τεχνητών δακρύων σε σύγκριση με την επίσκεψη της τυχαιοποίησης (CNFD: p = 0.767, CNBD: p = 0.859, CNFL: p = 0.359), καθώς και στα follow-up των 2 μηνών (CNFD: p = 0.919, CNBD: p = 0.507, CNFL: p = 0.721) και των 3 μηνών (CNFD: p = 0.767, CNBD: p = 0.969, CNFL: p = 0.799). Βρέθηκε θετική συσχέτιση μεταξύ των παραμέτρων CNFD, CNBD and CNFL και του μέσου break up time (Spearman’s rank correlation coefficient r s = 0.46, p= 0.037; r s = 0.51, p=0.022 και r s = 0.59, p = 0.006, αντίστοιχα) και του σκορ του Schirmer’s τεστ στους 3 μήνες (r s = 0.50, p= 0.022; r s = 0.51, p=0.020 και r s = 0.64, p = 0.002, αντίστοιχα). Εντοπίστηκε αρνητική συσχέτιση μεταξύ των CNFD, CNBD and CNFL και της μέσης χρώσης του κερατοειδή (r s = -0.61, p= 0.004; r s = -0.52, p=0.018 και r s = -0.70, p < 0.001, αντίστοιχα) και του επιπεφυκότα στους 3 μήνες (r s = -0.57, p= 0.008; r s = -0.47, p=0.036 και r s = -0.60, p= 0.004, αντίστοιχα). Ο μικροβιολογικός έλεγχος αποκάλυψε την ύπαρξη Gram-negative βακτηρίων στον εναπομείναντα αυτόλογο ορό 50% μετά τη χρήση. Συμπεράσματα: Η χρήση των οφθαλμικών σταγόνων AS 50% βελτιώνει τους αντικειμενικούς δείκτες ξηρότητας της οφθαλμικής επιφάνειας, την οπτική οξύτητα καθώς και τα ευρήματα της συνεστιακής μικροσκοπίας στους 3 μήνες σε σύγκριση με τα συμβατικά τεχνητά δάκρυα. Το θεραπευτικό όφελος των νευροτροφικών παραγόντων του ορού έχει σαν αποτέλεσμα την αναγέννηση του υποεπιθηλιακού νευρικού πλέγματος του κερατοειδή. Η βελτίωση της υγείας της οφθαλμικής επιφάνειας μετά την εφαρμογή του αυτόλογου 50% γίνεται παράλληλα με την αναγέννηση των νεύρων. Η αναγέννηση αυτή είναι ανάλογη της σταθερότητας του δακρυικού φιλμ και αντιστρόφως ανάλογη της χρώσης της οφθαλμικής επιφάνειας. Η χρήση του αυτόλογου σε υψηλότερες συγκεντρώσεις εμφανίζει μεγαλύτερο ρίσκο μόλυνσης. Η επικαιροποίηση του πρωτόκολλου χορήγησής του είναι εξαιρετικά σημαντική για την ασφάλεια των ασθενών.