Keratoconus prediction using a finite element model of the cornea with local biomechanical properties

PURPOSE: The ability to predict and understand which biomechanical properties of the cornea are responsible for the stability or progression of keratoconus may be an important clinical and surgical tool for the eye-care professional. We have developed a finite element model of the cornea, that tries to predicts keratoconus-like behavior and its evolution based on material properties of the corneal tissue. METHODS: Corneal material properties were modeled using bibliographic data and corneal topography was based on literature values from a schematic eye model. Commercial software was used to simulate mechanical and surface properties when the cornea was subject to different local parameters, such as elasticity. RESULTS: The simulation has shown that, depending on the corneal initial surface shape, changes in local material properties and also different intraocular pressures values induce a localized protuberance and increase in curvature when compared to the remaining portion of the cornea. CONCLUSIONS: This technique provides a quantitative and accurate approach to the problem of understanding the biomechanical nature of keratoconus. The implemented model has shown that changes in local material properties of the cornea and intraocular pressure are intrinsically related to keratoconus pathology and its shape/curvature.

Stromal interleukin-1 expression in the cornea after haze-associated injury

The purpose of this study was to determine whether myofibroblasts or other cells in the stroma in the cornea produce interleukin (IL)-1 alpha or IL-1 beta that could modulate myofibroblast viability in corneas with haze after photorefractive keratectomy (PRK). Twenty-four female rabbits had haze-generating PRK for 9 diopters of myopia and were sacrificed at 1 week, 2 weeks, 3 weeks or 4 weeks after surgery. Corneal rims were removed, frozen in OCT at -80 degrees C, and analyzed by immunocytochemistry using primary antibodies to IL-1 alpha, IL-1 beta and alpha smooth muscle actin (SMA). Double immunostaining was performed for the co-localization of SMA with IL-1 alpha or IL-1 beta. Central dense haze and peripheral slight haze regions of each cornea were analyzed. SMA+ cells that expressed IL-1 alpha protein were detected in both regions of the corneas at most time points following PRK. However, in the haze region at the 1,3 and 4 week time points, significantly more (p < 0.01) SMA cells did not express IL-1 alpha. Also, in the haze region at all three time points, significantly more (p < 0.01) SMA- cells than SMA+ cells expressed interleukin-1 alpha protein. IL-1 beta expression patterns in SMA+ and SMA- stromal cells was similar to that of IL-1 alpha after PRK. Previous studies have demonstrated that IL-1 alpha or IL-1 beta triggers myofibroblast apoptosis in vitro, depending on the available concentration of apoptosis-suppressive TGFO. This study demonstrates that SMA- cells such as corneal fibroblasts, keratocytes, or inflammatory cells may produce IL-1 alpha and/or IL-1 beta that could act in paracrine fashion to regulate myofibroblast apoptosis-especially in the region where there is haze in the cornea after PRK was performed and SMA+ myofibroblasts are present at higher density. However, some SMA+ myofibroblasts themselves produce IL-1 alpha and/or IL-1 beta, suggesting that myofibroblast viability could also be regulated via autocrine mechanisms. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Topical interleukin-1 receptor antagonist inhibits inflammatory cell infiltration into the cornea

Interleukin (IL)-1 alpha and beta are important modulators of many functions of corneal epithelial and stromal cells that occur following injury to the cornea, including the influx of bone marrow-derived inflammatory cells into the stroma attracted by chemokines released from the stroma and epithelium. In this study, we examined the effect of topical soluble IL-1 receptor antagonist on bone marrow-derived cell influx following corneal epithelial scrape injury in a mouse model. C57BL/6 mice underwent corneal epithelial scrape followed by application of IL-1 receptor antagonist (Amgen, Thousand Oaks, CA) at a concentration of 20 mg/ml or vehicle for 24 h prior to immunocytochemical detection of marker CD11b-positive cells into the stroma. In two experiments, topical IL-1 receptor antagonist had a marked effect in blocking cell influx. For example, in experiment 1, topical IL-1 receptor antagonist markedly reduced detectible CD11b-positive cells into the corneal stroma at 24 It after epithelial injury compared with the vehicle control (3.5 +/- 0.5 (standard error of the mean) cells/400x field and 13.9 +/- 1.2 cells/400x field, respectively, p < 0.01). A second experiment with a different observer performing cell counting had the same result. Thus, the data demonstrate conclusively that topical IL-1 receptor antagonist markedly down-regulates CD-11b-positive monocytic cell appearance in the corneal stroma. Topical IL-1 receptor antagonist could be an effective adjuvant for clinical treatment of corneal conditions in which unwanted inflammation has a role in the pathophysiology of the disorder. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Characteristics of the cornea and ocular surface in patients with congenital aniridia

We performed complete eye exams on 50 eyes in 25 patients with congenital aniridia. Factors such as age, history of ocular surgery, dry eye score and aesthesiometry results correlated with the degree of aniridia-related keratopathy. Schirmer’s test I in 86.8%, Schirmer’s test II in 94.4% and TFBUT in 83.3% of cases were all normal. Corneal staining was altered in 54.2%, and conjunctival staining was altered in 45.7%. The tear ferning pattern was abnormal in 80%. Conjunctival metaplasia was present in 76.9%.Corneal endothelial cell density was normal. Ultrasonic pachymetry was higher than average in all eyes examined.

Delivery of antisense oligonucleotide to the cornea by iontophoresis.

We wished to evaluate the potential of iontophoresis to promote the delivery of antisense oligonucleotides (ODN) directed at the vascular endothelial growth factor (VEGF)-R2 receptor (KDR/Flk) to the cornea of the rat eye. Fluorescence (CY5)-labeled ODNs in phosphate-buffered saline (PBS) (20 microM) were locally administered to rat eyes, and their fate within the anterior segment was studied. Thirty-four male, 5-week-old Wistar rats were used for all experiments. The rats were divided in four groups. In group I (12 rats, 12 eyes), the ODNs (20 microM) were delivered by iontophoresis (300 microA for 5 minutes) using a specially designed corneal applicator. In group II (12 rats, 12 eyes), the ODNs (20 microM) were delivered using the same applicator, but no electrical current was applied. In group III (6 rats, 6 eyes), a corneal neovascular reaction was induced prior to the application of ODNs (20 microM), and iontophoresis electrical current was delivered as for group I rats. Group IV (4 rats, 4 eyes) received ODN (60 microM) iontophoresis application (300 microA for 5 minutes) and were used for ODN integrity studies. The animals were killed 5 minutes, 90 minutes, and 24 hours after a single ODN application and studied. Topically applied ODNs using the same iontophoresis applicator but without current do not penetrate the cornea and remain confined to the superficial epithelial layer. ODNs delivered with transcorneoscleral iontophoresis penetrate into all corneal layers and are also detected in the iris. In corneas with neovascularization, ODNs were particularly localized within the vascular endothelial cells of the stroma. ODNs extracted from eye tissues 24 hours after iontophoresis remained unaltered. The iontophoresis current did not cause any detectable ocular damage under these conditions. Iontophoresis promotes the delivery of ODNs to the anterior segment of the eye, including all corneal layers. Iontophoresis of ODNs directed at VEGF-R2 may be used for the design of specific antiangiogenic strategy in diseases of the cornea.

The impact of topical prostaglandin analogs on the biomechanical properties of the cornea in patients with open angle glaucoma

Justification: Le glaucome entraîne une perte progressive de la vision causée par la détérioration du nerf optique. Le glaucome est répandu dans le monde et cause la cécité dans environ sept millions de personnes. Le glaucome touche plus de 400 000 Canadiens et sa prévalence augmente avec le vieillissement de la population.1,2 Il s'agit d'une maladie chronique surnoise dont les symptômes se manifestent uniquement lors des stades avancés et qui peuvent mener à la cécité. Présentement, le seul moyen possible d’arrêter la progression du glaucome au stade initial est de diminuer la pression intra-oculaire (PIO). Les analogues de prostaglandines (APG) topiques sont fréquemment utilisées comme traitement de première ligne. Cependant, la recherche démontre que cette classe de médicaments peut changer certaines propriétés de la cornée, et possiblement influencer la mesure de la PIO.3 Objectif: À déterminer si l'utilisation d'APG affecte les propriétés biomécaniques de la cornée. La conclusion sera basée sur l'analyse intégrée des résultats obtenus de l'analyseur Reichert oculaire Réponse (ORA), la tonométrie par applanation de Goldmann (TAG) et la pachymétrie ultrasonographique. Le deuxième objectif potentiel de cette étude est de déterminer la corrélation, le cas échéant, entre les propriétés biomécaniques de la cornée, l'épaisseur de la cornée centrale (ECC) et la PIO chez les patients subissant un traitement d’APG topique. L'hypothèse principale de cette étude est que l’APG influence les propriétés de la cornée telles que l'épaisseur centrale, l'élasticité et la résistance. Patients et méthodes : Soixante-dix yeux de 35 patients, âgés de 50-85 ans, atteints de glaucome à angle ouvert (GAO) et traités avec APG topique ont été examinés. Seulement les sujets avec une réfraction manifeste entre -6,00 D et +4,25 D ont été inclus. Les critères d'exclusion sont: patients avec n'importe quelle autre maladie de la cornée de l’œil, telles que la dystrophie endothéliale de Fuch’s et kératocône, ou tout antécédent de traumatisme ou d'une chirurgie de la cornée, ainsi que le port de lentilles de contact. Nous avons demandé aux patients atteints du glaucome qui ont des paramètres stables et qui utilisent l’APG dans les deux yeux de cesser l’APG dans l'œil moins affecté par la PIO, et de continuer l’utilisation d’APG dans l'œil contralatéral. Le meilleur œil est défini comme celui avec moins de dommage sur le champ visuel (CV) (déviation moyenne (DM), le moins négatif) ou une PIO maximale historique plus basse si la DM est égale ou encore celui avec plus de dommage sur la tomographie par cohérence optique (TCO, Cirrus, CA) ou la tomographie confocale par balayage laser (HRT, Heidelberg, Allemagne). Toutes les mesures ont été prises avant la cessation d’APG et répétées 6 semaines après l’arrêt. Les patients ont ensuite recommencé l’utilisation d’APG et toutes les mesures ont été répétées encore une fois après une période supplémentaire de 6 semaines. Après commencer ou de changer le traitement du glaucome, le patient doit être vu environ 4-6 semaines plus tard pour évaluer l'efficacité de la goutte.4 Pour cette raison, on été décidé d'utiliser 6 semaines d'intervalle. Toutes les mesures ont été effectuées à l’institut du glaucome de Montréal par le même technicien, avec le même équipement et à la même heure de la journée. L'œil contralatéral a servi comme œil contrôle pour les analyses statistiques. La tonométrie par applanation de Goldmann a été utilisée pour mesurer la PIO, la pachymétrie ultrasonographique pour mesurer l'ECC, et l’ORA pour mesurer les propriétés biomécaniques de la cornée, incluant l'hystérèse cornéenne (HC). L’hypothèse de l'absence d'effet de l'arrêt de l’APG sur les propriétés biomécaniques a été examiné par un modèle linéaire à effets mixtes en utilisant le logiciel statistique R. Les effets aléatoires ont été définies à deux niveaux: le patient (niveau 1) et l'œil de chaque patient (niveau 2). Les effets aléatoires ont été ajoutés au modèle pour tenir compte de la variance intra-individuelle. L’âge a également été inclus dans le modèle comme variable. Les contrastes entre les yeux et les temps ont été estimés en utilisant les valeurs p ajustées pour contrôler les taux d'erreur internes de la famille en utilisant multcomp paquet dans R. Résultats: Une augmentation statistiquement significative due l 'HC a été trouvée entre les visites 1 (sur APG) et 2 (aucun APG) dans les yeux de l'étude, avec une moyenne (±erreur standard) des valeurs de 8,98 ± 0,29 mmHg et 10,35 ± 0,29 mmHg, respectivement, correspondant à une augmentation moyenne de 1,37 ± 0,18 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 1,25 ± 0,18 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne HC finale de 9,09 ± 0,29 mmHg. En outre, une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,01 ± 0,23 mmHg, p <0,001) et non lors des visites 1 et 3. Une augmentation statistiquement significative du facteur de résistance conréen (FRC) a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 10,23 ± 0,34 mmHg et 11,71 ± 0,34 mmHg, respectivement. Le FRC a ensuite été réduit de 1,90 ± 0,21 mmHg (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne FRC finale de 9,81 ± 0,34 mmHg. Une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,46 ± 0,23 mmHg, p <0,001). Une augmentation statistiquement significative de l'ECC a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 541,83 ± 7,27 µm et 551,91 ± 7,27 µm, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 10,09 ± 0,94 µm (p <0,001). L'ECC a ensuite diminué de 9,40 ± 0,94 µm (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne finale de 542,51 ± 7,27 µm. Une différence entre l’étude et le contrôle des yeux n'a été enregistré que lors de la visite 2 (11,26 ± 1,79 µm, p <0,001). De même, on a observé une augmentation significative de la PIO entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 15,37 ± 0,54 mmHg et 18,37 ± 0,54 mmHg, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 3,0 ± 0,49 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 2,83 ± 0,49 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne de la PIO finale de 15,54 ± 0,54 mmHg. L’oeil de contrôle et d’étude ne différaient que lors de la visite 2 (1,91 ± 0,49 mmHg, p <0,001), ce qui confirme l'efficacité du traitement de l’APG. Lors de la visite 1, le biais de la PIO (PIOcc - PIO Goldmann) était similaire dans les deux groupes avec des valeurs moyennes de 4,1 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles et de 4,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux d’études. Lors de la visite 2, après un lavage de 6 semaines d’APG, le biais de la PIO dans l'œil testé a été réduit à 1,6 ± 0,54 mmHg (p <0,001), ce qui signifie que la sous-estimation de la PIO par TAG était significativement moins dans la visite 2 que de la visite 1. La différence en biais PIO moyenne entre l'étude et le contrôle des yeux lors de la visite 2, en revanche, n'a pas atteint la signification statistique (p = 0,124). On a observé une augmentation peu significative de 1,53 ± 0,60 mmHg (p = 0,055) entre les visites 2 et 3 dans les yeux de l'étude, avec une valeur de polarisation finale de la PIO moyenne de 3,10 ± 0,54 mmHg dans les yeux d'études et de 2,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles. Nous avons ensuite cherché à déterminer si une faible HC a été associée à un stade de glaucome plus avancé chez nos patients atteints du glaucome à angle ouvert traités avec l’APG. Lorsque l'on considère tous les yeux sur l’APG au moment de la première visite, aucune association n'a été trouvée entre les dommages sur le CV et l'HC. Cependant, si l'on considère seulement les yeux avec un glaucome plus avancé, une corrélation positive significative a été observée entre la DM et l'HC (B = 0,65, p = 0,003). Une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de champ visuelle plus négative et donc plus de dommages liés au glaucome. Conclusions : Les prostaglandines topiques affectent les propriétés biomécaniques de la cornée. Ils réduisent l'hystérèse cornéenne, le facteur de résistance cornéen et l'épaisseur centrale de la cornée. On doit tenir compte de ces changements lors de l'évaluation des effets d’APG sur la PIO. Plus de recherche devrait être menées pour confirmer nos résultats. De plus, d’autres études pourraient être réalisées en utilisant des médicaments qui diminuent la PIO sans influencer les propriétés biomécaniques de la cornée ou à l'aide de tonomètre dynamique de Pascal ou similaire qui ne dépend pas des propriétés biomécaniques de la cornée. En ce qui concerne l'interaction entre les dommages de glaucome et l'hystérésis de la cornée, nous pouvons conclure qu' une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de CV plus négative. Mots Clés glaucome - analogues de prostaglandines - hystérèse cornéenne – l’épaisseur de la cornée centrale - la pression intraoculaire - propriétés biomécaniques de la cornée.

On the barrier properties of the cornea: a microscopy study of the penetration of fluorescently labeled nanoparticles, polymers, and sodium fluorescein

Overcoming the natural defensive barrier functions of the eye remains one of the greatest challenges of ocular drug delivery. Cornea is a chemical and mechanical barrier preventing the passage of any foreign bodies including drugs into the eye, but the factors limiting penetration of permeants and nanoparticulate drug delivery systems through the cornea are still not fully understood. In this study, we investigate these barrier properties of the cornea using thiolated and PEGylated (750 and 5000 Da) nanoparticles, sodium fluorescein, and two linear polymers (dextran and polyethylene glycol). Experiments used intact bovine cornea in addition to bovine cornea de-epithelialized or tissues pretreated with cyclodextrin. It was shown that corneal epithelium is the major barrier for permeation; pretreatment of the cornea with β-cyclodextrin provides higher permeation of low molecular weight compounds, such as sodium fluorescein, but does not enhance penetration of nanoparticles and larger molecules. Studying penetration of thiolated and PEGylated (750 and 5000 Da) nanoparticles into the de-epithelialized ocular tissue revealed that interactions between corneal surface and thiol groups of nanoparticles were more significant determinants of penetration than particle size (for the sizes used here). PEGylation with polyethylene glycol of a higher molecular weight (5000 Da) allows penetration of nanoparticles into the stroma, which proceeds gradually, after an initial 1 h lag phase.

Coupled Biomechanical Response of the Cornea Assessed by Non-Contact Tonometry. A Simulation Study

The mechanical response of the cornea subjected to a non-contact air-jet tonometry diagnostic test represents an interplay between its geometry, the corneal material behavior and the loading. The objective is to study this interplay to better understand and interpret the results obtained with a non-contact tonometry test. A patient-specific finite element model of a healthy eye, accounting for the load free configuration, was used. The corneal tissue was modeled as an anisotropic hyperelastic material with two preferential directions. Three different sets of parameters within the human experimental range obtained from inflation tests were considered. The influence of the IOP was studied by considering four pressure levels (10–28 mmHg) whereas the influence of corneal thickness was studied by inducing a uniform variation (300–600 microns). A Computer Fluid Dynamics (CFD) air-jet simulation determined pressure loading exerted on the anterior corneal surface. The maximum apex displacement showed a linear variation with IOP for all materials examined. On the contrary, the maximum apex displacement followed a cubic relation with corneal thickness. In addition, a significant sensitivity of the apical displacement to the corneal stiffness was also obtained. Explanation to this behavior was found in the fact that the cornea experiences bending when subjected to an air-puff loading, causing the anterior surface to work in compression whereas the posterior surface works in tension. Hence, collagen fibers located at the anterior surface do not contribute to load bearing. Non-contact tonometry devices give useful information that could be misleading since the corneal deformation is the result of the interaction between the mechanical properties, IOP, and geometry. Therefore, a non-contact tonometry test is not sufficient to evaluate their individual contribution and a complete in-vivo characterization would require more than one test to independently determine the membrane and bending corneal behavior.

Role of Notch signaling in the skin and cornea

Résumé : La voie de signalisation Notch est essentielle pour la différentiation de l'épiderme lors du développement embryonnaire de la peau. Il a été démontré que l'inactivation de Notch1 dans la peau de souris conduit à une hyperplasie de l'épiderme ainsi qu'à la formation subséquente de carcinomes basocellulaires ainsi que de plaques cornéennes. L'inactivation de Notch1 dans la cornée combinée à des lésions mécaniques démontre que les cellules progénitrices de la cornée se différentient en un épithélium hyperplasique et kératinisé comme la peau. Ce changement de destinée cellulaire conduit à une cécité cornéenne et implique des processus non-autonomes aux cellules épithéliales, caractérisés par la sécrétion de FGF-2 par l'épithélium Notch1-/- suivi d'une vascularisation et d'un remaniement du stroma sous-jacent. La déficience en vitamine A est connu comme cause de lésions cornéennes humaines (xérophtalmie sévère). En accord, nous avons trouvé que la signalisation Notch1 était liée au métabolisme de la vitamine A par la régulation de l'expression de CRBP1, nécessaire pour générer un pool de rétinol intracellulaire. La perte de Notch1 dans l'épiderme, l'autre récepteur de la famille présent dans la peau marine, ne conduit pas à un phénotype manifeste. Cependant, l'inactivation dans l'épiderme de Notch1 et Notch2 ensemble, ou de RBP-J, induit une dermatite atopique (DA) sévère chez les souris. De même, les patients souffrants de DA mais pas ceux souffrant de psoriasis ou de lichen plan, ont une réduction marquée de l'expression des récepteurs Notch dans la peau. La perte de Notch dans les keratinocytes conduit à une activation de la voie NF-κB, ce qui ensuite induit la production de TSLP, une cytokine profondément impliquée dans la pathogenèse de la DA. Nous démontrons génétiquement que TSLP est responsable de la DA ainsi que du développent d'un syndrome myéloprolifératif non-autonome aux cellules induit par le G-CSF. Cependant, ces souris avec une inactivation dans l'épiderme de Notch1 et Notch2 et aussi incapables de répondre au TSLP développent des tumeurs invasive sévères caractérisées par une haute activité de signalisation ß-catenin. TSLPR est identifié comme un potentiel suppresseur de tumeur non-autonome aux cellules tumorales; la transplantation de cellules hématopoïétiques TSLPR-/- dans des souris déficientes pour Notch est suffisant pour causer des tumeurs. Summary : The Notch pathway is essential for proper epidermal differentiation during embryonic skin development. It has previously been demonstrated that Notch1 inactivation in marine skin results in epidermal hyperplasia and subsequent formation of basal cell carcinoma-like (BCC-like) tumors as well as corneal plaques. Inducible ablation of Notch1 in the cornea combined with mechanical wounding show that Notch1 deficient corneal progenitor cells differentiate into a hyperplasic, keratinized, skin-like epithelium. This cell fate switch leads to corneal blindness and involves cell non-autonomous processes, characterized by secretion of FGF-2 through Notch1-/- epithelium followed by vascularisation and remodelling of the underlying stroma. Vitamin A deficiency is known to induce a similar corneal defect in humans (severe xerophthalmia). Accordingly, we found that Notch1 signaling is linked to vitamin A metabolism by regulating the expression of CRBP1, required to generate a pool of intracellular retinol. Epidermal loss of Notch2, the other Notch receptor present in marine skin, doesn't lead to any overt phenotypes. However, postnatal epidermis-specific inactivation of both Notch1 and Notch2, or of RBP-J, induces the development of a severe form of atopic dermatitis (AD) in mice. Likewise, patients suffering from AD, but not psoriasis or lichen planas, have a marked reduction of Notch receptor expression in the skin. Loss of Notch in keratinocytes leads to an activation of NF-κB signaling which in turn induces the production of Thymic stromal lymphopoietin (TSLP), a cytokine deeply implicated in the pathogenesis of AD. We genetically demonstrate that TSLP is responsible for AD as well as the development of a cell non-autonomous G-CSF induced myeloproliferative disorder (MPD) in mice. However, these mice with conditional epidermal inactivation of Notch1 and Notch2 as well as incapable to respond to TSLP develop severe invasive tumors characterized by high ß-catenin signaling activity. TSLPR is identified as a potential cell non-autonomous tumor suppressor; transplantation of TSLPR-/- hematopoietic cells into epidermal Notch deficient mice is sufficient to cause tumors.

Numerical model of the human cornea based on stromal microstructure: identification of mechanical properties for two age groups

The optical quality of the human eye mainly depends on the refractive performance of the cornea. The shape of the cornea is a mechanical balance between intraocular pressure and tissue intrinsic stiffness. Several surgical procedures in ophthalmology alter the biomechanics of the cornea to provoke local or global curvature changes for vision correction. Legitimated by the large number of surgical interventions performed every day, the demand for a deeper understanding of corneal biomechanics is rising to improve the safety of procedures and medical devices. The aim of our work is to propose a numerical model of corneal biomechanics, based on the stromal microstructure. Our novel anisotropic constitutive material law features a probabilistic weighting approach to model collagen fiber distribution as observed on human cornea by Xray scattering analysis (Aghamohammadzadeh et. al., Structure, February 2004). Furthermore, collagen cross-linking was explicitly included in the strain energy function. Results showed that the proposed model is able to successfully reproduce both inflation and extensiometry experimental data (Elsheikh et. al., Curr Eye Res, 2007; Elsheikh et. al., Exp Eye Res, May 2008). In addition, the mechanical properties calculated for patients of different age groups (Group A: 65-79 years; Group B: 80-95 years) demonstrate an increased collagen cross-linking, and a decrease in collagen fiber elasticity from younger to older specimen. These findings correspond to what is known about maturing fibrous biological tissue. Since the presented model can handle different loading situations and includes the anisotropic distribution of collagen fibers, it has the potential to simulate clinical procedures involving nonsymmetrical tissue interventions. In the future, such mechanical model can be used to improve surgical planning and the design of next generation ophthalmic devices.

A case-control study of the association between corneal arcus and death by cardiovascular disease among cornea donors

The cornea of the human eye can develop deposits of lipids in the periphery known as corneal arcus. [2, 10] For over a century, these deposits have been of interest as possible indicators of the accumulation of lipids in arterial walls of the heart and body with implications for heart disease. [2, 10, 11, 29] Heart disease is currently the leading cause of death in this country. [5, 29] There have been several publications suggesting an association between the development of atherosclerotic lesions and corneal arcus. [2, 12, 29] Investigators have differed in their interpretation of the relevance of corneal arcus to coronary heart disease or cardiovascular disease. However, there is widespread consensus that the presence of corneal arcus in patients under the age of 50 should prompt physicians to further investigate for dyslipidemia or heart disease. [2, 3, 6, 8, 19] Earlier studies have often suffered from difficulty in determining the presence or severity of atherosclerosis and from inconsistencies in evaluating corneal arcus. This study involves the review of mortality data, medical and social history and standardized slit lamp examination of corneal tissue donors to evaluate the prevalence of corneal arcus in relation to death by CHD or CVD. The prevalence of arcus, odds ratio, and logistic regression was utilized for statistical analysis.^