Μηχανισμός θόλωσης ενδοφακών

• Κύριος συγγραφέας: Τζιώλας, Ανδρέας
• Άλλοι συγγραφείς: Tziolas, Andreas
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Βιολογική ασβεστοποίηση; Κρυσταλλική ανάπτυξη; Ενδοφακοί; Φωσφορικό ασβέστιο; Biological calcification; Intraocular lenses; Crystal growth; Calcium phosphate

Η χρήση ενδοφακών (Intra Ocular Lenses, IOL) για την αντιμετώπιση του καταρράκτη αλλά και άλλων οφθαλμικών παθήσεων, αντιμετωπίζεται σήμερα με τη χειρουργική ένθεση πολυμερικών φακών οι οποίοι εμπίπτουν σε δύο βασικές κατηγορίες: υδρόφιλοι (poly-hydroxyl-ethyl methacrylate, PHEMA) ή υδρόφοβοι (κατά κύριο λόγο Poly(methyl methacrylate, PMMA). Κάθε μια κατηγορία από αυτούς εμφανίζει και διαφορετικά χαρακτηριστικά. Οι υδρόφιλοι ενδοφακοί είναι αρκετά εύκαμπτοι και ευκολότεροι ως προς την εισαγωγή τους, ενώ παρουσιάζουν και καλύτερη βιοσυμβατότητα. Παράλληλα, ο υψηλός δείκτης απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας, τους καθιστά ευρέως χρησιμοποιούμενους στην αποκατάσταση του καταρράκτη μέσω μικρής τομής. Η θόλωση των υδρόφιλων IOL, οφείλεται κατά κύριο λόγο στο σχηματισμό αλάτων φωσφορικού ασβεστίου είτε στην επιφάνεια, ή στο εσωτερικό ή και στα δύο μέρη. Γεγονός το οποίο είναι δυνατόν να έχει πολύ δυσμενείς επιπτώσεις στην όραση. Παρότι κλινικά, η ασβεστοποίηση των υδρόφιλων ενδοφακών, έχει ταυτοποιηθεί, οι αναφορές στο μηχανισμό θόλωσης λόγω ασβεστοποίησης είναι ελάχιστες, ενώ περιορισμένες είναι και οι μελέτες που αφορούν την αναστρεψιμότητα του φαινομένου. Στην παρούσα εργασία, επιχειρήθηκε η διερεύνηση του μηχανισμού σχηματισμού αλάτων φωσφορικού ασβεστίου και μάλιστα της θερμοδυναμικά σταθερότερης φάσης του, του υδροξυαπατίτη (HAP, Ca10(PO4)6(OH)2). Αναπτύχθηκε ένα εργαστηριακό μοντέλο για τη διερεύνηση της διαδικασίας ασβεστοποίησης των ενδοφακών in vitro σε συνθήκες προσομοίωσης της διαδικασίας στο περιβάλλον του πρόσθιου θαλάμου του οφθαλμού. Τόσο η σύσταση του διαλύματος που χρησιμοποιήθηκε όσο και η ρύθμιση συγκεκριμένης ροής του ρευστού, έδωσε τη δυνατότητα προσέγγισης της συνολικής διεργασίας σχηματισμού εναποθέσεων σε υδρόφιλους φακούς. Για τον λόγο αυτό μελετήθηκαν δυο διαφορετικές διαδικασίες για την μελέτη του φαινομένου. Αρχικά, έλαβαν χώρα πειράματα σε διπλότοιχους αντιδραστήρες (Eye Chamber Reactor, ECR), θερμοστατούμενους στους 37°C και κατασκευασμένους από πολυαμίδιο χωρητικότητας 10mL. Αυτοί έφεραν δειγματοφορείς για τους ενδοφακούς και στο εσωτερικό τους κυκλοφορούσε συνθετικό υγρό (Simulated Body Fluid, SBF) με ρυθμό ίσο προς τον αντίστοιχο στον πρόσθιο θάλαμο (0.2ml/h) με τη βοήθεια αντλίας συνεχούς παροχής. Η παρατήρηση των εναποθέσεων γινόταν με οπτικό μικροσκόπιο αρχικά και στη συνέχεια με ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Βασισμένοι σε αποτελέσματα πειραμάτων που είχαν γίνει σε προηγούμενη μελέτη στο εργαστήριο παρουσία συνθετικού υδατοειδούς διαλύματος (Simulated Aqueous Humor, SAH), έγινε σύγκριση του ποσοστού κάλυψης της επιφάνειας των φακών. Η μελέτη, επεκτάθηκε και στη διερεύνηση της κινητικής της κρυσταλλικής ανάπτυξης φωσφορικού ασβεστίου σε συνθετικά κρυσταλλικά φύτρα HAP, που παρασκευάστηκαν στο εργαστήριο, σε συνθήκες σταθερού υπερκορεσμού (CCR). Τα διαλύματα στην παρούσα μελέτη ήταν υπέρκορα ως προς ΗΑΡ σε θερμοκρασία 37°C. Στο εσωτερικό του αντιδραστήρα διαλείποντος έργου (Batch) τοποθετούνταν συγκεκριμένες ποσότητες χαρακτηρισμένων κρυσταλλικών φύτρων. Η έναρξη της καταβύθισης (πτώση του pH), σηματοδοτούσε την προσθήκη στο υπέρκορο διάλυμα κατάλληλης ποσότητας διαλυμάτων με βάση την στοιχειομετρία του HAP. Από τον προστιθέμενο όγκο μετρήθηκαν οι ρυθμοί καταβύθισης και υπολογίσθηκαν οι χρόνοι επαγωγής μέχρι την έναρξη της κρυσταλλικής ανάπτυξης. Μετά την ολοκλήρωση της κρυσταλλικής ανάπτυξης το στερεό απομακρύνονταν από το υπέρκορο διάλυμα με χρήση διήθησης και το στερεό μελετήθηκε με SEM. Με τον τρόπο αυτό, μεταβάλλοντας τις τιμές υπερκορεσμού, προσδιορίστηκε ότι ο μηχανισμός με τον οποίο λάμβανε χώρα η κρυσταλλική ανάπτυξη αποδίδονταν στο ελικοειδές πρότυπο BCF. Στη συνέχεια, έλαβαν χώρα πειράματα μελέτης της διάλυσης των κρυσταλλικών φύτρων HAP σε ακόρεστα διαλύματά του, με σκοπό να προσδιοριστεί και σε αυτή τη περίπτωση ο μηχανισμός της διεργασίας. Επιλέγοντας ένα εύρος από σχετικές ακορεστότητες και συγκεκριμένη μάζα κρυσταλλικών φύτρων HAP, πραγματοποιήθηκαν σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου (Batch) και συνθήκες σταθερού pH τα εν λόγω πειράματα. Καταλήγοντας, το βήμα που καθόριζε τη συνολική διεργασία ήταν η επιφανειακή διάχυση. Για το εύρος των σχετικών ακορεστοτήτων που μελετήθηκε, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διάλυσης ήδη ασβεστοποιημένων ενδοφακών. Οι φακοί που χρησιμοποιήθηκαν, είχαν προκύψει και μελετηθεί ως προς την δυνατότητα ασβεστοποίησης αυτών, σε προηγούμενες σειρές πειραμάτων που έγιναν στο εργαστήριο. Οι ασβεστοποιημένοι ενδοφακοί τοποθετούνταν στον αντιδραστήρα μέσα σε κατάλληλους δειγματοφορείς κατασκευασμένους από πολυαμίδιο. Ακόμη, επιχειρήθηκε η δυνατότητα της διάλυσης των εναποθέσεων οι οποίες είχαν με τεχνητό τρόπο δημιουργηθεί σε ενδοφακούς σε διαφορετικές ακορεστότητες ακολουθώντας κύκλους διάλυσης. Μετά το πέρας των πειραμάτων διάλυσης, οι εναποθέσεις έδειχναν να απομακρύνονται, γεγονός το οποίο επιβεβαιώθηκε τόσο από τις μετρήσεις ασβεστίου, όσο και από την οπτική εξέταση της επιφάνειας των φακών με τη βοήθεια οπτικού μικροσκοπίου. Με βάση τα αποτελέσματα αυτά, και χρησιμοποιώντας τους διπλότοιχους αντιδραστήρες (ECR), έγιναν πειράματα διάλυσης ασβεστοποιημένων φακών τόσο με χρήση δεδομένης ροής διαλύματος ακόρεστου ως προς το φωσφορικό ασβέστιο, όσο και παρουσία αραιών διαλυμάτων ενώσεων όπως το EDTA, το κιτρικό οξύ αλλά και το ασκορβικό. Η οπτική παρατήρηση των φακών κατά τη διάρκεια ενός μήνα έδειξε και σε αυτή τη περίπτωση μείωση των εναποθέσεων στην επιφάνεια των φακών. Τα αποτελέσματα από τα πειράματα που έλαβαν χώρα στη παρούσα διπλωματική εργασία, έδειξαν ότι ευνοείται η διάλυση των εναποθέσεων φωσφορικού ασβεστίου των ασβεστοποιημένων ενδοαφακών, ενώ η παρουσία υδατοδιαλυτών ενώσεων, οι οποίες έχουν τη δυνατότητα συμπλοκοποίησης του ασβεστίου και την αντίστοιχη αύξηση της διαλυτότητας των αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου, έδωσαν εξίσου ενθαρρυντικά αποτελέσματα για μετέπειτα συνέχεια της παρούσας μελέτης.