Рис. 1. Химическая структура мономеров, входящих в состав сополимеров материала анализируемых ИОЛ.
Рис. 2. (а) Схематическое изображение процедуры активации глистенинга. (b) Типичные изображения ИОЛ при оптической микроскопии после активации глистенинга: вверху – линза HFO, внизу – линзаA-HFO. Шаг шкалы составляет 30 мкм.
Эволюция материалов, используемых для производства ИОЛ, продолжается до настоящего времени с момента новаторской демонстрации Harold Ridley в 1949 году [2]. Изначально ИОЛ выполнялись из полиметилметакрилата – PMMA (другое название Plexiglass – оргстекло). Этот материал был выбран из-за его прозрачности и отличной биосовместимости. Однако в связи с ригидностью PMMAимплантация линз выполнялась через большие разрезы, что увеличивало риск послеоперационных осложнений и удлиняло время госпитализации. Через некоторое время были разработаны новые полимерные материалы, которые обладали не только высокой биосовместимостью и хорошими оптическими характеристиками, но и выраженной гибкостью. Линзы, выполненные из этих материалов, можно складывать, чтобы имплантировать их в глаз через минимально возможный разрез (2-3 мм для гибких материалов vs 5-7 мм для жестких материалов). Первыми гибкими линзами были ИОЛ из силикона [3], затем в офтальмологическую практику вошли гидрогелевые ИОЛ [4,5].
Гидрогелевые ИОЛ производят из поли-гидроксиэтилметакрилата – poly-HEMA, перекрестно сшитого полимера, который при отсутствии воды становится жестким, а в воде набухает и имеет консистенцию гибкого геля. Развитие рынка гибких ИОЛ привело к увеличению распространенности различных вариантов линз из гидрофобного материала. Они выполнены из сополимеров, то есть из смеси мономеров метилметакрилата (MMA), этилметакрилата (EMA), 2-гидроксиэтилметакрилата (HEMA) и т. д. Путем изменения некоторых параметров, таких как количество отдельных мономеров и перекрестное сшивание полимерных цепей, могут быть получены гидрофобные акриловые сополимеры с разными физико-химическими свойствами. Например, PMMA обеспечивает жесткость материала, PEMA придает материалу определенную гибкость и эластичность [6–8], а гидроксильная группа в поли-HEMA ответственна за увеличение гигроскопичности полимера [9].
Накопление воды – это проблема, которая в различной степени затрагивает все материалы, из которых производятся ИОЛ. Содержание воды в гидрофильных полимерах в равновесном состоянии составляет 18-32%, в то время как в гидрофобных материалах – только 0,1-0,5% [9]. Обычно вода проникает в линзу путем диффузии и может накапливаться в своеобразных полостях – зонах низкой плотности материала. Если вода равномерно распределяется внутри линзы без формирования крупных вакуолей, то проблем со зрением не возникает. Напротив, накопление воды в материале линзы в виде крупных вакуолей, которое и носит название глистенинг, может сопровождаться снижением зрения. Действительно, аномальное накопление воды приводит к переменчивости показателя преломления в различных зонах линзы. Это вызывает диффузию световых лучей, что может ухудшить качество изображения на сетчатке. Поскольку зрение обеспечивается не только оптическими, но и нейронными функциями, влияние глистенинга на зрение по данным литературы до сих пор остается предметом дискуссий [10–13]. Глистенинг возникает спустя некоторое время после имплантации – от нескольких месяцев до нескольких лет [14]. При осмотре ИОЛ за щелевой лампой определяется характерный блеск, вызванный рассеянием света включениями воды (микровакуолями) [15]. Если размер и количество микровакуолей превысит определенный порог, то качество зрения пациента может значительно ухудшиться [16].
Впервые глистенинг был выявлен в гидрофобных акриловых ИОЛ, однако другие материалы, включая силикон, гидрогель и полиметилметакрилат, также подвержены формированию глистенинга. При осмотре за микроскопом выявляются блестящие микровакуоли, распределенные обычно по всему материалу линзы. Мелкие микровакуоли размером от нескольких мкм до 20 мкм имеют сферическую или чаще эллипсоидальную форму. В исследованиях in vitro, когда появление глистенинга индуцируется тепловым шоком, могут формироваться особенно крупные вакуоли (более 20 мкм). При удалении ИОЛ из воды и высушивании, включения имеют тенденцию к исчезновению. Интересно, что при последующей гидратации во многих случаях микровакуоли, как правило, появляются и растут в тех же местах, где они были раньше. Физические характеристики глистенинга (светорассеяние и пропускание света) [17–20] и его влияние на зрение (контрастная чувствительность и острота зрения) [21–26] изучены в большом количестве крупных исследований.
В этих исследованиях был предположен возможный механизм образования вакуолей внутри ИОЛ [27–37]. Очевидно, что в материале ИОЛ имеет место спинодальный распад, который представляет собой расслоение однородного вещества на различные фазы. Исходная однородная смешиваемая многокомпонентная полимерная сеть в результате тепловой нагрузки разделяется на несмешивающиеся домены. Katoetal [37], используя термодинамические параметры, описали данное это явление в линзах AcrySof. Они также утверждают, что когда материал подвергается последовательным процессам нагрева и охлаждения, микровакуоли появляются в одних и тех же позициях [37].
Согласно более современной теории [27] появление вакуолей объясняется разницей осмотического давления между полостями в материале и жидкостью, в которой ИОЛ находится после имплантации. Следуя этому предположению, образование вакуолей является результатом изначального присутствия в материале гидрофильных примесей в виде частиц второй фазы [28–31] или примесей, образовавшихся в результате гидролиза при старении материала [32].
Рис. 3. (а) Оптические изображения линзHFO. На двух вкладках показаны типичные сферичная и эллипсовидная вакуоли на большом увеличении. (b) Распределение площади эллипсов, рассчитанное для трех разных глубин расположения вакуолей в материале ИОЛ (h = 20, 100 и 180 мкм). Для каждой гистограммы указаны средняя площадь и стандартное отклонение. (c) Распределение общего количества вакуолей, обнаруженных в зоне площадью 0,02 мкм² (верхняя часть), и средней площади вакуолей (нижняя часть) в зависимости от глубины их расположения в материале ИОЛ.
Рис. 4. Типичные рамановские спектры, полученные при анализе линзHFO (i) иA-HFO (ii).
Рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеяния, колебательная спектроскопия) – это метод аналитической спектроскопии [38], широко используемый во многих областях науки, таких как науки о жизни [39,40], мягкой материи [41] и науки о полимерах [42]. В основе рамановской спектроскопии лежит способность исследуемых систем (молекул) к неупругому (рамановскому, или комбинационному) рассеянию монохроматического света. Колебательная спектроскопия дает ключевую информацию о структуре молекул. Для сбора спектра требуется направить падающий луч точно на образец, а затем собрать рассеянный свет. Наблюдая положение и интенсивность полос в спектре комбинационного рассеяния можно идентифицировать химические компоненты или изучить внутримолекулярные взаимодействия. Не существует двух молекул, которые имеют одинаковые спектры комбинационного рассеяния, а интенсивность рассеянного света связана с количеством вещества. Высокая химическая специфичность рамановской спектроскопии позволяет идентифицировать вещества, входящие в состав исследуемого образца, и их концентрацию. Наконец, комбинируя этот метод с оптической микроскопией, можно получить рамановские спектры в микрометрическом масштабе (микрораман) и рамановские карты выбранных химических компонентов [43].
Ранее рамановская спектроскопия уже использовалась в области офтальмологии [44,45], в том числе для характеристики контактных линз и человеческого хрусталика[46–51].
В данной работе мы объединили оптическую микроскопию с микрорамановской спектроскопией для анализа отдельных участков ИОЛ внутри и вокруг микровакуоли. В частности, в работе проводится сравнение двух различных материалов ИОЛ: первый представляет собой стандартный гидрофобный акриловый сополимер, а второй отличается присутствием в материале определенного количества гидрофильного полимерного компонента.
Мы провели точный анализ интенсивности полос полимерного и водного компонентов материалов, получив информацию о том, как происходит дисперсия воды в полимерах и формирование микровакуолей. Кроме того, используя мультивариантный статистический анализ (анализ главных компонент), мы изучили механизм скопления воды и формирования микровакуолей.
ИОЛ
Мы провели оптический и рамановский анализ двух типов ИОЛ, выполненных из сополимеров. Линзы были предоставлены компанией Soleko s.p.a. Известно, что одна из моделей ИОЛ, обозначенная в дальнейшем как линзы HFO (Hydrophobic Foldable Ocular), характеризуется выраженной склонностью к формированию глистенинга. Материал ИОЛ HFO содержит следующую смесь полимеров (см. Рис. 1): алкил (мет)акрилаты, алкоксиалкил (мет)акрилат, фенилалкил (мет)акрилат и некоторые сшивающие агенты, такие как f- ((мет)акрилоилокси) алкил (мет)акрилаты и бис-g,g - (((мет)акрилоилокси) алкил) алкил (мет)акрилаты. Для производства другой модели ИОЛ, обозначенной в дальнейшем как линзы A-HFO (Advanced-Hydrophobic Foldable Ocular), используется модифицированная полимерная смесь, в которой алкил (мет)акрилаты заменены гидроксиалкил (мет)акрилатами (см. Рис. 1). Наличие этого последнего компонента снижает внутреннюю гидрофобность материала без увеличения коэффициента гидратации полимера, который остается на уровне около 1%. При производстве обоих типов ИОЛ к полимерным смесям добавляли также полимер, блокирующий УФ-излучение(бензотриазолфенол), и радикальный инициатор (бис-алкилпероксидикарбонаты). Оба материала имеют температуру стеклования значительно ниже физиологической температуры: 12 ° C для HFO и 8 ° C для A-HFO. Показатель преломления исследуемых ИОЛ составляет: 1,526 (при длине волны 546 нм, Т = 20 ° С) и 1,506 (при длине волны 546 нм, Т = 20 ° С) для HFO и для A-HFO соответственно. При равновесии в водных растворах содержание воды в линзах составляет 1,1% (HFO) и 2,9% (A-HFO). Оптическая сила анализируемых ИОЛ была стандартной и составляла ≈20 диоптрий.
Активация глистенинга
Формирование глистенинга активировалось по протоколу, описанному в патенте US6636299B1 [52]. ИОЛ выдерживали на водяной бане с дистиллированной водой при температуре 48 ° С в течение 48 часов. За это время вода проникала внутрь ИОЛ, которые, тем не менее, оставались прозрачными. Затем выполняли так называемый тепловой удар – ИОЛ быстро погружались во вторую водяную баню с дистиллированной водой при температуре 25 ° С, где выдерживались в течение 24 часов. Протокол активации глистенинга и схематическое оптическое изображение ИОЛ представлены на Рис. 2а. На Рис. 2b представлены репрезентативные изображения линз HFO и A-HFO в том виде, в каком они находились в конце эксперимента.
Рамановская система
Рамановские спектры были получены при помощи инвертированного рамановского конфокального микроскопа (WiTec, Alpha 300). Система оснащена лазерным источником возбуждения с длиной волны 532 нм. Лазер фокусировали на ИОЛ через объектив микроскопа с 60-кратным увеличением (NA = 0,8). Обратно-рассеянный свет был собран этим же объективом, пропущен через краевой фильтр и направлен на спектрограф при помощи оптического волокна 50 мкм, что обеспечивало конфокальность системы. Рамановские фотоны, рассеянные с использованием решетки 600 линий/мм, регистрировались ПЗС-матрицей, охлажденной до -60 ° C. Пространственное разрешение использованной конфокальной системы составляло ∼ 0,6 мкм в поперечной плоскости и ∼ 1,4 мкм по продольной оси. После активации глистенинга ИОЛ быстро фиксировали на дне стеклянной чашки Петри. Чтобы избежать высыхания ИОЛ, чашку заполняли дистиллированной водой. Как правило, мощность рамановского пучка, падающего на образец, составляла 6 мВт; время интегрирования для каждого спектра составляло 1 с. В этих условиях наблюдались флуктуации сигнала ниже, чем одна часть из 103, что оценивалось по повторным захватам рамановского сигнала в той же точке. Сбор спектров проводился в диапазоне волновых чисел 250-4000 см-1 со спектральным разрешением ≈3 см-1.
Оптический анализ глистенинга
После достижения равновесного состояния в обеих моделях ИОЛ при помощи оптического микроскопа проводилась оценка степени выраженности глистенинга. Как и ожидалось, в линзах HFO все поле зрения было заполнено огромным количеством микровакуолей, размер которых варьировался от 5 до 25 мкм. Напротив, в линзах A-HFO было обнаружено гораздо меньшее количество микровакуолей, в основном представляющих собой крошечные включения; часто все поле зрения было совершенно свободным от микровакуолей. Важно отметить, что из-за чрезвычайно малого числа вакуолей в анализ были включены линзы A-HFO со степенью глистенинга, равной нулю по классификации Miyata [33]. Анализ количества и размера вакуолей в линзах HFO был выполнен путем получения изображений зоны ИОЛ площадью 160 мкм × 130 мкм на разных глубинах материала – h (h = 20, 100, 180, 260 и 340 мкм).
Как видно на Рис. 3а, только несколько вакуолей имеют сферическую форму, в то время как большинство из них выглядят эллипсоидальными. Это связано со случайной динамикой процесса сополимеризации, который сопровождается формированием неоднородной структуры материала. По факту, при производстве сополимеров компоненты объемной полимерной сети в материале соединяются не полностью, а полимерные цепи укладываются не идеально. Как следствие, случайным образом в материале могут быть сформированы области с более низкой плотностью, которые и могут заполняться водой. Заполнение этих полостей водой приводит к скачкообразным изменениям показателя преломления, что приводит к рассеянию света. Чтобы рассчитать распределение микровакуолей по размерам, мы оценили площадь эллипса путем измерения осей a и b (см. Рис. 3а). На Рис. 3b показано распределение площадей вакуолей на разных глубинах материала ИОЛ вместе с соответствующими средними значениями и стандартными отклонениями. Самые большие вакуоли находились во внутренней области искусственного хрусталика, что явно связано с трудностью высвобождения воды из хрусталика во время его сжатия, индуцированного тепловым шоком. В соответствии с этим площади вакуолей начинают уменьшаться по мере приближения к верхнему краю ИОЛ. Наконец, на Рис. 3b показано распределение количества вакуолей (обнаруженных на площади 0,02 мкм²) и средней площади вакуолей в зависимости от глубины расположения в материале ИОЛ.
Рамановские спектры ИОЛ
Рис. 5. (a) Типичные рамановские спектры, полученные при анализе внешней части (i) и внутренней части (ii) микровакуоли. На вкладке представлено оптическое изображение отдельной микровакуоли в линзе HFO, выбранной для проведения рамановского анализа. Пунктирной линией ограничена зона, сканированная лазерным лучом.(b) Рамановское изображение микровакуоли, представленной на части a), получена полоса интенсивности полимера в диапазоне между 2800 и 2900 см-1. (c) Распределение воды в микровакуоли получено путем построения графика интенсивности характеристик в диапазоне от 3200 до 3700 см-1. (d) График нагрузки первой (внизу) и второй (вверху) главных компонент, полученный в результате анализа спектров, сформировавшихся при растровом сканировании вакуоли и участка полимера вокруг нее. (e) Карта первой главной компоненты, полученная в результате анализа главных компонент рамановского спектра. (f) То же, что и для частиe), но для второй главной компоненты.
Рис. 6. (а) Типичные рамановские спектры, полученные при анализе внешней части (i) и внутренней части (ii) микровакуоли. На вкладке представлено оптическое изображение отдельной микровакуоли в линзе A-HFO, выбранной для проведения рамановского анализа. Пунктирной линией ограничена зона, сканированная лазерным лучом.(b) Рамановское изображение микровакуоли, представленной на части a), получена полоса интенсивности полимера в диапазоне между 2800 и 2900 см-1. (c) Распределение воды в микровакуоли получено путем построения графика интенсивности характеристик в диапазоне от 3200 до 3700 см-1. (d) График нагрузки первой (внизу) и второй (вверху) главных компонент, полученный в результате анализа спектров, сформировавшихся при растровом сканировании вакуоли и участка полимера вокруг нее. (e) Карта первой главной компоненты, полученная в результате анализа главных компонент рамановского спектра. (f) То же, что и для части e), но для второй главной компоненты.
Большинство рамановских полос, наблюдаемых при анализе линз HFO, идентифицированы в соответствии с данными литературы [53–62]. Полосы в диапазоне волновых чисел 800-1800 см-1, то есть 496, 622, 768, 1004, 1032, 1157, 1181, 1204, 1346, 1449, 1585 и 1605 см-1, в основном можно отнести к колебаниямколец и алкильным группам. Другие полосы, такие как полосы вблизи 1730 и 1460 см-1, относятся к связи ν(C=O) группы C-COO и связи Δ(C–H) группы O-CH3 соответственно. Широкая полоса между волновыми числами 2600 и 3200 см-1 является результатом сочетания многих симметричных и асимметричных колебаний связей CH2,3. Наконец, для линз HFO стоит отметить наличие небольшого, но четко выявляемого пика около 3540 см-1 (см. вкладку в Рисунке). Эту полосу приписывают свободным гидроксильным группам; она четко различима по более широким полосам растяжения связей OH в молекуле воды (симметричные и асимметричные растяжения связей в группах O–H в диапазоне волновых чисел 3200-3700 см-1) [63].
Рамановский анализ отдельных микровакуолей
Измерения проводились путем получения спектров комбинационного рассеяния при растровом сканировании, центрированном на одной отдельной микровакуоли в экваториальной зоне линзы. Область анализа была немного больше, чем размер вакуоли, для того, чтобы исследовать состояние полимера вокруг вакуоли, то есть ее стенок. Как правило, растровые сканирования выполнялись в области площадью 20 × 20 мкм с шагом 0,5 мкм. Мощность комбинационного пучка, падающего на образец, составляла 6 мВт, а время интегрирования для каждого спектра составляло 1 с. Эта процедура применялась для обоих проанализированных типов ИОЛ.
Рамановский анализ глистенинга в линзах HFO
На Рис. 5а показаны типичные спектры комбинационного рассеяния, записанные с внешней части (i) и с внутренней части (ii) микровакуоли, что показано на вкладке того же рисунка. Можно сразу заметить, что оба спектра идентичны спектрам, полученным до активации формирования глистенинга (см. Рис. 4), за исключением спектральной области 3200–3700 см–1, где появляются новые пики. В частности, внутри вакуоли можно отметить совместное присутствие полос воды (симметричное и асимметричное растяжение связей в группах ОН) и полос полимера. Очевидно, что интенсивность полос полимера внутри вакуоли слабее, чем интенсивность полос полимера во внешней части вакуоли. Это связано с тем, что внутри вакуоли концентрация полимера уменьшается, а концентрация воды увеличивается. Полученные данные подтверждают общепринятую точку зрения, что вакуоли – это не просто заполненные водой полости, а скорее области, в которых наблюдается совместное присутствие полимеров и воды.
Чтобы оценить среднюю концентрацию воды внутри микровакуоли, мы сравнили интенсивность полос полимера и воды с интенсивностью полос, полученных от чистых образцов этих двух компонентов. Рассчитав средние значения полос полимера и воды внутри микровакуоли, мы обнаружили, что относительная концентрация воды составляет 23%. Наоборот, во внешней части вакуоли полоса воды не определялась, по крайней мере, на уровне чувствительности нашего теста. В тоже время, иногда мы наблюдали присутствие ранее упомянутой полосы, свидетельствующей о наличии во внешней части вакуоли свободных групп ОН (но не воды), как показано на вкладке Рис. 5а. Присутствие пика свободных групп ОН, наблюдаемое только после активации формирования глистенинга, логически объясняется гидролизом сложноэфирных групп, ускоренным активацией глистенинга (нагревание до высокой температуры и последующий тепловой шок).
Поскольку концентрация полимера внутри вакуоли была несколько меньше, чем в окружающем ее материале, мы смогли создать рамановское изображение вакуоли путем построения в цветовой шкале полос интенсивности (области) полимерных групп в диапазоне волновых чисел 2800 - 2900 см-1 (см. Рис. 5b). Похожее изображение может быть получено также путем построения графика интенсивности полос воды в диапазоне волновых чисел 3200 - 3700 см-1. Как можно заметить, несмотря на одновременное присутствие воды внутри вакуоли и свободных групп ОН во внешней части вакуоли, различие между рамановскими полосами этих двух групп оказалось достаточным для воспроизведения вакуоли (рис. 5в).
Более глубокое понимание механизма формирования глистенинга можно получить с помощью многомерного спектрального анализа. В частности, мы выполнили анализ главных компонент спектров, полученных при ранее упомянутом растровом сканировании. На рисунках 5e и 5f представлены карты первой и второй главных компонент соответственно, а на Рис. 5d показана нагрузка обеих главных компонент. Интересно, что карта первой главной компоненты очень похожа на простые карты комбинационного рассеяния на Рис. 4b, c, воспроизводящие форму вакуолей. Высокие значения на картах соответствуют точкам с высоким содержанием полимера (положительные значения компоненты нагрузки), в то время как низкие значения соответствуют точкам с высоким содержанием воды (отрицательные значения компоненты нагрузки). Таким образом, глобальная карта первой главной компоненты и нагрузки суммируют информацию карт 5b и 5c.
Более интригующим является результат, предоставленный по второй главной компоненте. Фактически, карта второй главной компоненты определяет границу микровакуоли, предполагая наличие оболочки вокруг вакуоли с низкой степенью гидратации. Кроме того, в нагрузке можно выявить контр-вариацию рамановских характеристик полимера с отрицательными полосами групп СН2,3 и положительным пиком вблизи 1001 см-1. Последнее можно отнести к колебаниям фенильных групп, поэтому можно предположить, что в области вокруг вакуоли увеличено количество фенильных фрагментов. Учитывая гидрофобность фенильных колец, логично предположить, что они создают гидрофобную «клетку» для молекул воды. Вода оказывается запертой внутри гидрофобной капсулы и вынуждена оставаться в более гидрофильной области, что и приводит к образованию микровакуоли. С этой точки зрения, микровакуоли образуются за счет случайного расположения полимерных компонентов в сложной текстуре ИОЛ.
Рамановский анализ глистенинга в линзах A-HFO
Для линз A-HFO был проведен анализ, аналогичный тому, который был выполнен для HFO. Как было упомянуто в Разделе 2.1, данный тип ИОЛ характеризуется более редким формированием глистенинга, а вакуоли имеют более мелкие размеры. В линзе A-HFO мы также выбрали одну микровакуоль и проанализировали область вокруг нее. Типичные спектры комбинационного рассеяния, зарегистрированные с внешней и с внутренней части вакуоли, представлены на Рис. 6а. Как и в случае с линзами HFO, спектр, зарегистрированный внутри микровакуоли, показал типичную широкую полосу воды (растяжение связей групп ОН) в диапазоне волновых чисел между 3200 и 3700 см-1, в то время как за пределами вакуоли полосы воды заменяются на более узкий пик свободных групп ОН, также наблюдаемый перед активацией глистенинга.
Итак, чтобы оценить эффективную концентрацию воды внутри микровакуоли, мы вычли из общего значения концентрацию свободных групп OH, характерную для сухой ИОЛ. Концентрация воды внутри микровакуоли для линз A-HFO составила 18%, а для линз HFO – 23%. Такая концентрация была характерной для большого числа вакуолей, проанализированных в данном исследовании, что подтверждает более низкую тенденцию к ограничению воды в микроразмерной области. Рамановское изображение выбранной микровакуоли, полученное как с точки зрения интенсивности полос комбинационного рассеяния (Рис. 6b и Рис. 6c), так и с точки зрения карт первой главной компоненты (Рис. 6e), дает информацию, аналогичную для линз HFO, и хорошо воспроизводит геометрию вакуоли. В тоже время, анализ второй главной компоненты показывает несколько иную картину. Действительно, хотя анализ второй главной компоненты подчеркивает изменение, связанное с распределением гидрофобных фенильных колец (см. отрицательные значения нагрузки второй главной компонентыв близи 1001, 1204 и 1401 см-1), пространственное распределение баллов второй главной компоненты лишь отчасти воспроизводит гидрофобную «клетку», наблюдаемую в линзах HFO. Это позволяет предположить, что в линзах A-HFO благодаря равномерному распределению гидрофильного компонента вода склонна к равномерному распространению по всей полимерной матрице ИОЛ. Это позволяет избежать улавливания воды средами с высоким содержанием фенильных колец.
Материалы, из которых изготавливают интраокулярные линзы, имеют сложную структуру и представляют собой химически и физически связанные полимерные цепи. Поскольку процесс сополимеризации по своей природе является случайным, остается возможность формирования неоднородного и не полностью связанного объемного полимера. Как следствие, в полимере могут появляться области с более низкой плотностью, которые могут быть подвержены заполнению водой, что приводит к формированию глистенинга. В данной работе мы исследовали два типа ИОЛ, выполненных из материалов с различной степенью гидрофобности, за счет чего они обладают совершенно различной степенью склонности к формированию глистенинга. Сначала мы провели оптическую микроскопию материала ИОЛ, в результате чего мы обнаружили, что микровакуоли имеют тенденцию накапливаться в самой внутренней части ИОЛ, где они также имеют наибольший размер. В то время как в линзах HFO признаки глистенинга были очевидными, в линзах A-HFO количество микровакуолей было незначительным (нулевая степень глистенинга).
Во второй части нашего исследования мы провели анализ отдельных микровакуолей при помощи спектроскопии комбинационного рассеяния. Анализируя рамановские полосы полимера и воды, мы заметили, что вакуоли – это не просто заполненные водой карманы, а пространственные области, в которых вода сосуществует с полимерной сетью. Мы также количественно оценили концентрацию воды внутри микровакуоли, которая составила 23% для линз HFOи 18% для линз A-HFO. Кроме того, по результатам проведенного нами анализа главных компонент спектров комбинационного рассеяния, мы наблюдали увеличенное количество фенильных колец вокруг вакуоли. Принимая во внимание гидрофобность фенильных колец, логично предположить, что они создают своеобразную «клетку» для молекул воды. В результате молекулы воды вынуждены оставаться в более гидрофильной области, что и приводит к образованию микровакуоли. Эффект глистенинга в более гидрофильных ИОЛ выражен значительно в меньшей степени. Это связано с тем, что при хорошем распределении гидрофильного компонента вода склонна к равномерному распространению по всей полимерной матрице ИОЛ, а это позволяет избежать улавливания средами, богатыми фенильными кольцами. Возможно, что другие мономеры, придающие гидрофобность материалу, способствуют формированию глистенинга в других гидрофобных ИОЛ.
В заключение можно отметить, что благодаря хорошо сбалансированному сочетанию гидрофобных и гидрофильных полимеров, эффект глистенинга может быть практически устранен. Действительно, в то время как в линзах HFO вода, проникшая в полимер, часто собирается в вакуоли, в линзах A-HFO вода равномерно распределена по всему материалу. Примечательно, что использованный нами экспериментальный подход может применяться в будущем для оценки других клинически доступных гидрофобных акриловых материалов ИОЛ.
Благодарность
Авторы благодарят Solekos.p.a. за предоставление ИОЛ для экспериментов, и, в частности, докторов M. Conte, A. Quercioli и G. Carnacina за стимулирующие дискуссии о составе полимерных соединений. Авторы также благодарят профессора O. Taralloза плодотворные дискуссии по химии полимеров.
Раскрытие интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой статьей.
Перевод к.м.н. Михайлова Т.Н.
