1.3. Современные подходы к решению проблем кератопротезирования

    Накопленные знания по анатомии и физиологии роговицы, появление новых высокополимерных прозрачных пластмасс, развитие хирургической техники позволили подойти к решению проблемы кератопротезирования с принципиально новых позиций. На современном этапе развития науки возникла необходимость создания кератопротезов на основе взаимопроникающего соединения донорских тканей и полимеров с улучшенными прочностными и оптическими свойствами.

    В этой связи Калинников Ю.Ю. и соавторы (2004) предлагают оригинальное решение вопроса биокератопротезирования. В их биокератопротезе опорная (периферическая) часть выполнена из донорской ткани (нативной или дубленой роговицы, склеры, твердой мозговой оболочки ксеноперикарда), оптическая часть – из биосовместимого материала на основе поли-НЕМА [15]. Показано, что в месте соединения оптической и периферической частей формируется переходная зона, которую можно представить, как систему взаимопроникающих сеток синтетического полимера поли-НЕМА и биополимеров донорской ткани. Исследованы процессы приживления в роговице кролика опорной части, выполненной из нативной роговицы, склеры, твердой мозговой оболочки. Показано, что приживление биокератопротеза в бельме происходит за счет клеточной инвазии и прорастания опорной части протеза тканью хозяина. По заключению авторов, при использовании предложенной модели происходит истинное приживление биокератопротеза в роговице пациента [15].

    Исходя из вышеописанных конструкций кератопротезов, Wolfgang Muller-Lierheim с соавт. из Германии разработали новый кератопротез Miro Сornea в период с 2005 по 2008 г.г. Кератопротез представлял собой монолитную конструкцию, изготовленную из гидрофобного акрилового полимера, с отверстиями в периферической области. Диаметр оптической части составлял 3,0 мм, общий равен 8,0 мм, а диаметр отверстий периферической части - 0,8 мм. Авторы провели экспериментальное исследование на 10 кроликах в течение 2-х месяцев. Результаты гистологического исследования имплантатов показали отсутствие выраженных послеоперационных осложнений и хорошую интеграцию в роговице. По данным литературы доступны только предварительные результаты имплантаций этих устройств пациентам и необходимо долгосрочное наблюдение в дальнейшем [75, 125].

    Позднее исследователями из Бостона был разработан кератопротез KeraKlear (Keramed), предназначенный для интрастромальной фиксации с использованием фемтосекундного лазера [112]. Новый кератопротез выполнен из гидрофобного акрилового полимера общим диаметром 7 мм, диаметр оптики 4 мм и включает 18 отверстий в периферической части.

    Потенциальным преимуществом данного протеза, по мнению авторов, является возможность выполнения наименьшего разреза для имплантации протеза, благодаря его способности к складыванию, а также отсутствие потребности в донорской роговице. Авторы рекомендуют проводить ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы, по крайней мере, через 6-12 месяцев после имплантации KeraKlear, что, по их мнению, способствует пролиферации кератоцитов стромы роговицы в периферические отверстия протеза. Стоит отметить, что нет данных о широком применении в клинике ввиду ограниченных показаний для имплантации данной модели [125].

    Перспективным направлением исследований является разработка покрытий для оптической и гаптической части кератопротезов. При изучении эпителизирующих свойств различных полимеров показано увеличение адгезии кератоцитов к диметиламиноэтилметакрилату (ДМАЭМ) или феноксиэтилметарилату (ФЭМ) к оптической части кератопротеза [124].

    Поверхностные свойства биоматериала играют решающую роль в биоинтеграции имплантата. Исходное соединение между имплантатом и тканью необходимо для того, чтобы клетки могли мигрировать на поверхность имплантата и внедряться во внеклеточный матрикс, что обеспечивает их рост, благоприятные биологические реакции, и в конечном итоге биоинтеграцию кератопротеза на длительный срок. Liqiang Wang с соавторами (2011) предложил использовать гидроксиапатит (HAp) для покрытия поверхности ПММА с целью улучшения интеграции Бостонской модели кератопротеза, а также снижения вероятности бактериальной инфекции. Гидроксиапатит является основным компонентом кости и широко используется для поверхностного изменения имплантатов благодаря электростатической связи с заряженными биологическими молекулами [104]. В результате проведенного экспериментального исследования авторы пришли к выводу, что пластины ПMMA с покрытием гидроксиапатитом способствовали дополнительной адгезии имплантатов к тканям, в сравнении с немодифицированной поверхностью ПММА [135].

    Введение или изменение поверхностных функциональных групп, является наиболее важным параметром в модификации поверхности для улучшения адгезии клеток/ткани. Dohlman C.H с соавт. (2017) в своем исследовании проводили модификацию поверхности инертного материала (ПММА), используя покрытие из фосфата кальция (CaP), нанесенное на активированный дофамином ПMMA. Было показано, что покрытие из фосфата кальция улучшало адгезию к коллагену типа I (основной компонент стромы роговицы) по сравнению с необработанными поверхностями ПММА. Тем не менее, покрытие CaP может легко подвергаться расслаиванию, что снижает его потенциал для модификации оптических цилиндров кератопротеза [120].

    Недавняя работа включала в себя: смешивание различных гидрогелей полимеров с целью создания сополимеров, которые объединяют полезные свойства отдельных полимеров. Так, группа авторов Стэнфордского университета в Калифорнии (США) Bio-X разработала и изготовила гидрогелевую конструкцию с фотолитографической структурой на основе оптики, изготовленной из двойной сети полиэтилена с высоким содержанием воды, гликоль/полиакриловая кислота (PEG/PAA) с прослойкой из микроперфорированного гидрогеля (полигидроксиэтилакрилат) [106].

    Принцип дизайна этого протеза основан на знаниях, полученных из всех предшествующих устройств. Материал гаптики пористый с микроперфорациями, созданный методом использования фотолитографии, с целью пролиферации волокон стромы роговицы и фиксации протеза. При этом оптический элемент проницаем к метаболическому потоку глюкозы, что способствует эпителизации передней поверхности устройства [108].

    В институте глаза Otawa (группа Grifith) первоначальные исследования проводили на гидратированных сополимерах коллагена и N-изопропилакриламиде, которые образовали прозрачный проницаемый биосинтетический материал для поддержания роста клеток in vitro [96]. С тех пор различные типы коллагена были стабилизированы сшиванием с водорастворимым карбодиамидом, что было подтверждено в экспериментальных исследованиях на роговице животных. Механическое испытание через 12 месяцев продемонстрировало бесшовную интеграцию в роговице и поддержание оптической четкости [100]. Показано, что сшитый рекомбинантный коллаген превосходил амниотическую мембрану в качестве каркаса для трансплантации лимбальных стволовых клеток при тестировании in vitro [75].

    Таким образом, анализируя данные литературы в области кератопротезирования следует, что современные исследования по вопросу о материалах для изготовления кератопротезов и дизайна моделей активно продолжаются и направлены на поиск биологически инертных материалов для разработки новых моделей кератопротезов. В связи с чем, актуальным представляется изучение биосовместимости материала, потенциально пригодного для разработки новой модели кератопротеза, с улучшенными прочностными и оптическими свойствами, способного надежно фиксироваться в слоях роговицы, с учетом недостатков, имеющихся у отечественных и зарубежных аналогов. Несмотря на передовые технологии, обеспечивающие взаимопроникновение тканей роговицы и имплантата, частота возникновения трофических осложнений, асептического некроза при использовании современных биоинтегративных кератопротезов остается высокой. Очевидно, что “идеальный” технологичный кератопротез должен быть простым в изготовлении и созданным из одного материала. При этом необходимо, чтобы имплантат не нарушал структуру стромы роговицы и питание тканей, находящихся над ним. Учитывая незаменимость кератопротезирования и наличие большого количества нерешенных, но вполне определенных задач, можно утверждать, что проблема создания идеального кератопротеза является весьма значительной, а научные исследования в этом направлении важны и перспективны. В связи, с чем актуально стремление разработать биоинтегрируемый кератопротез, лучший, чем ныне существующие, и обладающий всеми сформулированными выше необходимыми свойствами, чему и посвящено данное исследование.