Ασβεστοποίηση βιοϋλικών/σχηματισμός και δυνατότητα αναστροφής

• Κύριος συγγραφέας: Καλαντζής, Γιάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Kalantzis, Giannis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Ενδοφθάλμιοι φακοί; Φωσφορικό ασβέστιο; Υδροξυαπατίτητης; Καταβύθιση; Διάλυση; Ασκορβικό οξύ; Καταρράκτης; Υπερκορεσμός; Ακορεστότητα; Συνθήκες σταθερού pH; IOLS; Calcium phosphate; Hydroxyapatite (HAP); Precipitation; Dissolution; Ascorbic acid; Cataract; Oversaturation; Undersaturation; pH static conditions; PHEMA

Η ασθένεια του καταρράκτη δημιουργείται λόγω θόλωσης του φακού του ανθρώπινου οφθαλμού και η αντιμετώπισή του είναι μια δύσκολη και επίπονη διαδικασία, η οποία σήμερα αντιμετωπίζεται χειρουργικά με την εισαγωγή ενδοφθάλμιων φακών (Intraocular lenses, IOL), κατασκευασμένων από πολυμερή, μετά την αφαίρεση του φακού, εντός του σάκου του περιφακίου το οποίο έχει προηγουμένως καθαρισθεί επιμελώς Οι χρησιμοποιούμενοι σήμερα ενδοφακοί, χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες: υδρόφιλοι(στους οποίους το βασικό υλικό είναι poly hydroxyl ethyl methacrylate, PHEMA) ή υδρόφοβοι (κατασκευασμένοι από poly methyl methacrylate, PMMA). Μεγαλύτερη αριθμητικά εφαρμογή σε χειρουργικές επεμβάσεις καταρράκτη, βρίσκουν οι υδρόφιλοι(PHEMA) ενδοφακοί, λόγω του ότι διαθέτουν μεγαλύτερα ευκαμψία, γεγονός, το οποίο διευκολύνει την εισαγωγή τους στο σάκο του περιφακίου , με αποτέλεσμα να περιορίζεται το μέγεθος της τομής την οποία κάνει ο χειρουργός. Επίσης, παρουσιάζουν την καλύτερη βιοσυμβατότητα. Με την πάροδο του χρόνου, από την χειρουργική εισαγωγή τους, οι IOL είναι δυνατόν να παρατηρηθεί σταδιακή θόλωσή τους, η οποία οφείλεται κυρίως στην εναπόθεση αλάτων φωσφορικού ασβεστίου, τόσο στην επιφάνεια όσο και στο εσωτερικό τους. Αυτό το φαινόμενο, οδηγεί σε απώλεια, πολλές φορές ολική της όρασης, και είναι απαραίτητη η αντικατάσταση των αντίστοιχων IOL. Παρά το γεγονός ότι η βιολογική ασβεστοποίηση των υδρόφιλων ενδοφακών έχει ταυτοποιηθεί, αναφορές στον μηχανισμό θόλωσης αλλά και οι μελέτες για την αναστροφή του είναι ελάχιστες. Στην συγκεκριμένη εργασία, διερευνήθηκε εκτενώς ο μηχανισμός σχηματισμού των αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου σε IOL, σε σταθερά υπέρκορα διαλύματα φωσφορικού ασβεστίου και συγκεκριμένα της θερμοδυναμικά σταθερότερης φάσης , του υδροξυαπατίτη. Για την μελέτη του φαινομένου της ασβεστοποίησης των ενδοφακών αναπτύχθηκε ένα εργαστηριακό in vitro μοντέλο προσομοίωσης των συνθηκών του χημικού περιβάλλοντος του ανθρώπινου ματιού. Η ασβεστοποίηση των IOL, προσεγγίστηκε με δύο διαφορετικές πειραματικές μεθοδολογίες: Η πρώτη, έλαβε χώρα σε διπλότοιχο αντιδραστήρα, ECR(Eye Chamber Reactor), θερμοστατούμενο στους 37 οC, κατασκευασμένος από πολυαμίδιο, συνολικού όγκου 10 mL. Εντός του αντιδραστήρα υπήρχαν κατάλληλοι δειγματοφορείς, στους οποίους ήταν δυνατή η ακινητοποίηση των υπό μελέτη δοκιμίων των IOL με τρόπο ώστε να εκτίθενται πλήρως στο υδατικό διάλυμα και οι δύο επιφάνειες (πρόσθια και οπίσθια). Στους αντιδραστήρες αυτούς κυκλοφορούσε υδατικό διάλυμα προσομοίωσης του υδατοειδούς υγρού (Simulated aqueous humour, SAH) με παροχή 0.2 ml/h, ίση με την αντίστοιχη παροχή υδατοειδούς υγρού στον πρόσθιο θαλάμο του ματιού. Η ανάλυση των εναποθέσεων έγινε με τη βοήθεια οπτικού και ηλεκτρονιακού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM). Η δεύτερη πειραματική μεθοδολογία,ήταν περισσότερο εστιασμένη στη μελέτη της κρυσταλλικής ανάπτυξης HAP σε συνθετικά κρυσταλλικά φύτρα HAP, τα οποία παρασκευάστηκαν με καταβύθιση σε υπέρκορα διαλύματα φωσφορικού ασβεστίου σε συνθήκες σταθερού υπερκορεσμού (CCR) σε παλαιότερη εργασία. Χρησιμοποιήθηκε διπλότοιχος κατασκευασμένος από γυαλί PYREX αντιδραστήρας τύπου Batch, ο οποίος διατηρούνταν σε σταθερή θερμοκρασία 37.00.5 οC με τη βοήθεια κυκλοφορικού θερμοστάτη υδατόλουτρου. Τα διαλύματα, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν ήταν υπέρκορα ως προς τον HAP και σταθερά για χρονικές περιόδους τουλάχιστον 5 ημερών. Η πτώση της τιμής του pH σηματοδοτούσε την έναρξη της καταβύθισης του ΗΑΡ η οποία συνοδεύεται από απελευθέρωση πρωτονίων στα διαλύματα. Αυτό, προκαλούσε την προσθήκη κατάλληλης ποσότητας διαλυμάτων CaCl2, NaH2PO4, και NaOH κατάλληλης συγκέντρωσης και σε στοιχειομετρική αναλογία, αντίστοιχη του σχηματιζόμενου στερεού, έτσι ώστε να διασφαλίζεται σταθερής ενεργότητα όλων των χημικών ειδών στα υπέρκορα διαλύματα. Από το διάγραμμα του προστιθέμενου όγκου των αντιδραστηρίων συναρτήσει του χρόνου υπολογίσθηκαν οι ρυθμοί της κρυσταλλικής ανάπτυξης του HAP. Μετά το πέρας του κάθε πειράματος το στερεό συλλεγόταν με διήθηση υπό κενό και χαρακτηρίζονταν με περιθλασιμετρίας ακτίνων X (XRD), καθώς και με ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Η εξάρτηση των ρυθμών, οι οποίοι μετρήθηκαν συναρτήσει του υπερκορεσμού των αντίστοιχων διαλυμάτων επιβεβαίωσαν το ότι το καθορίζον την ταχύτητα στάδιο, για την κρυσταλλική ανάπτυξη του ΗΑΡ είναι η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων. Σε συνθήκες ουδέτερου ή και ελαφρώς αλκαλικού pH, η διάλυση του ΗΑΡ πιστεύεται ότι διέπεται από ανάλογο μηχανισμό. Ακολούθως, μελετήθηκε ο μηχανισμός της διάλυσης του HAP, τόσο κρυσταλλικών φύτρων HAP, όσο και των εναποθέσεων HAP σε υδρόφιλους ακρυλικούς φακούς PHEMA, οι οποίες είχαν σχηματισθεί σε συνθήκες ελεγχόμενου υπερκορεσμού. Αρχικά, επιλέγοντας περιοχή τιμών σχετικής ακορεστότητας διαλυμάτων και σταθερή μάζα φύτρων HAP, υπολογίσθηκαν οι ρυθμοί διάλυσης των φύτρων HAP, καθώς και ο μηχανισμός της διάλυσης. Οι μετρήσεις της κινητικής της διάλυσης, έγιναν σε σταθερό pH 7.40 και σταθερής θερμοκρασίας 37.00.5οC. Η εξάρτηση του ρυθμού διάλυσης του ΗΑΡ από τη σχετική ακορεστότητα των διαλυμάτων του, έδειξε ότι ο μηχανισμός της διάλυσης καθορίζεται από την επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων, οι οποίες αποσπώνται από το στερεό κατά τη διάλυση. Βάσει του μηχανισμού, η διάλυση του ΗΑΡ μελετήθηκε και παρουσία ασκορβικού οξέος (C6H8O6). Το ασκορβικό οξύ, λόγω του ιοντισμού του στα υδατικά διαλύματα, έχει τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης με τις κρυσταλλικές έδρες των κρυσταλλιτών του ΗΑΡ και ως εκ τούτου έχει τη δυνατότητα τροποποίησης της επιφάνειας, στην οποία λαμβάνει χώρα το βραδύ στάδιο της διάλυσης. Η κινητική της διάλυσης του ΗΑΡ παρουσία ασκορβικού οξέος μελετήθηκε σε διαφορετικές τιμές ακορεστότητας παρουσία συγκεκριμένης συγκέντρωσης του ασκορβικού οξέος προκειμένου να διαπιστωθεί τυχόν επίδραση της παρουσίας του ασκορβικού οξέος στο μηχανισμό διάλυσης. Προς διερεύνηση δε του τρόπου αλληλεπίδρασης του ασκορβικού οξέος με την επιφάνεια των κρυσταλλιτών του ΗΑΡ μελετήθηκε η κινητική της διάλυσης του ΗΑΡ σε ακόρεστα διαλύματα του βαθμού ακορεστότητας αλλά παρουσία διαφορετικών τιμών συγκέντρωσης του ασκορβικού οξέος (ΑΟ). Η παρουσία ΑΟ στα ακόρεστα ως προς ΗΑΡ υδατικά διαλύματα είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντική επιτάχυνση της διάλυσης του ΗΑΡ, η οποία έφθασε το 30% για συγκέντρωση ΑO 176 ppm. Για την επικύρωση των αποτελεσμάτων στο πρότυπο σύστημα των κρυσταλλιτών του ΗΑΡ, μελετήθηκε η διάλυση των επικαθίσεων φωσφορικού ασβεστίου σε ασβεστοποιημένους IOL παρουσία AO σε αντιδραστήρες ECR και συνθήκες ανάλογες προς τις προηγούμενες (pH 7.40, θερμοκρασία 37.00.5οC, ακόρεστο SAH). Mε τη βοήθεια οπτικού μικροσκοπίου, μετρήθηκε το ποσοστό διάλυσης των εναποθέσεων με επεξεργασία των εικόνων, ενώ η Τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας, έδειξε ότι η παρουσία επιταχύνει τις εναποθέσεις φωσφορικού ασβεστίου παρουσία ΑΟ και έχει τη δυνατότητα αναστροφής της θόλωσης IOL λόγω σχηματισμού εναποθέσεων HAP στην επιφάνειά τους.