Μελέτη δυναμικού επιφάνειας πολυακρυλικών υδρόφιλων ενδοφακών

• Κύριος συγγραφέας: Ζιώμας, Γεώργιος
• Άλλοι συγγραφείς: Ziomas, Georgios
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Καταρράκτης; Ενδοφθάλμιοι φακοί; Cataract; Polymeric intraocular lenses

Η εμφάνιση καταρράκτη στον ανθρώπινο οφθαλμό αποτελεί μια αρκετά συνήθη πάθηση η οποία οφείλεται κατά κύριο λόγο στην φυσιολογική γήρανση του. Για αυτό τον λόγο, η χειρουργική του καταρράκτη καθίσταται μια από τις συνηθέστερες επεμβάσεις που γίνονται στο ανθρώπινο σώμα παγκοσμίως. Η πάθηση αυτή ταλαιπωρεί τον άνθρωπο εδώ και πολλούς αιώνες και λόγω αυτού οι μέθοδοι αντιμετώπισής του εμφανίζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις μέσα στο χρόνο. Ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί σε αυτόν τον επιστημονικό τομέα τις τελευταίες δεκαετίες καθώς έχουν πραγματοποιηθεί σημαντικές εξελίξεις, τόσο στον τεχνολογικό εξοπλισμό όσο και στην καλύτερη κατανόηση του φαινομένου. Από το 1980, ο κύριος τρόπος αντιμετώπισης είναι η φακοθρυψία, κατά την οποία με εφαρμογή υπερήχων θρυμματίζεται και απομακρύνεται με αναρρόφηση ο θολωμένος φυσικός φακός. Στη συνέχεια εισάγεται ενδοφάλμιος φακός, κατασκευασμένος από κατάλληλο βιοσυμβατό πολυμερικό υλικό. Το υλικό κατασκευής των ενδοφθάλμιων φακών (Intraocular Lenses, IOL) αποτελεί ζήτημα που έχει απασχολήσει ιδιαίτερα την επιστημονική κοινότητα και έχει μελετηθεί διεξοδικά. Διάφορα υλικά έχουν δοκιμαστεί για την αντικατάσταση του φυσικού κρυσταλλικού φακού, μερικά από τα οποία έδωσαν αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα, ενώ άλλα χρήζουν περαιτέρω μελέτης. Τα κύρια υλικά κατασκευής των πολυμερικών ενδοφακών είναι φακοί από σιλικόνη, από μεθακρυλικό πολυμεθυλεστέρα (PMMA) αλλά και εύκαμπτοι ακρυλικοί ενδοφακοί, κατασκευασμένοι από Πολύ (2-υδροξυαιθυλ μεθακρυλικό εστέρα), (PHEMA) οι οποίοι διακρίνονται σε υδρόφιλους και υδρόφοβους. Το 1949, το PMMA αποτέλεσε το πρώτο υλικό, το οποίο δοκιμάσθηκε στην εμφύτευση ενδοφακού σε ασθενή, διευρύνοντας με τον τρόπο αυτό τις προοπτικές στην χρήση βιοϋλικών ως εμφυτεύματα στον τομέα της κλινικής οφθαλμολογίας. Οι ενδοφακοί ΡΜΜΑ είναι υδρόφοβοι και η περιεκτικότητά τους σε νερό είναι < 0.5%. Αντίθετα οι ενδοφακοί από ΡΗΕΜΑ είναι υδρόφιλοι με περιεκτικότητα σε νερό μεταξύ 18-38%. Βασικό κριτήριο επιλογής ενός βιοϋλικού για θεραπευτική χρήση σε ανθρώπους, αποτελεί η βιοσυμβατότητά του, ώστε να περιοριστούν όσο το δυνατόν περισσότερο οι μετεγχειρητικές επιπλοκές. Οι υδρόφιλοι ακρυλικοί ενδοφακοί είναι πολύ εύκαμπτοι και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ευρύτατα, ιδιαίτερα στον Ευρωπαϊκό χώρο. Το πρόβλημα το οποίο εμφανίζουν οι υδρόφιλοι IOL είναι ότι ένα μικρό ποσοστό τους μετά την πάροδο χρόνου, ο οποίος ποικίλλει από μήνες έως και αρκετά χρόνια, εμφανίζουν θόλωση, η οποία οφείλεται στο σχηματισμό φωσφορικού ασβεστίου, στην επιφάνεια, στο εσωτερικό ή και στα δύο. Στην ιατρική βιβλιογραφία, υπάρχει αρκετή τεκμηρίωση εντοπισμού και ταυτοποίησης της ασβεστοποίησης των IOLs αλλά υπάρχουν ελάχιστες μελέτες, σχετικά με το μηχανισμό σχηματισμού των εναποθέσεων του φωσφορικού ασβεστίου, το οποίο έχει ταυτοποιηθεί ως κρυσταλλικός υδροξυαπατίτης (Ca5(PO4)3OH, HAP). H επικρατούσα επί του παρόντος άποψη, είναι ότι το πολυμερές ΡΗΕΜΑ διαθέτει δραστικές ομάδες -ΟΗ, οι οποίες ιοντίζονται μερικώς αναλόγως της τιμής του pH του ηλεκτρολυτικού διαλύματος με αποτέλεσμα τη δημιουργία επιφανειακών συμπλόκων του τύπου -Ο…Ca+ ή -Ο…Ca0…O-, τα οποία αποτελούν τα ενεργά κέντρα πυρηνογένεσης και κρυσταλλικής ανάπτυξης του ΗΑΡ λόγω της δημιουργίας τοπικά υψηλού υπερκορεσμού. Η υπόθεση αυτή, είναι δυνατό να ελεγχθεί με μετρήσεις του φορτίου της επιφάνειας του ΡΗΕΜΑ. Στην παρούσα μελέτη στόχος ήταν ο προσδιορισμός του ηλεκτροστατικού δυναμικού της επιφάνειας των υδρόφιλων ακρυλικών ενδοφακών από PHEMA. Συγκεκριμένα υπολογίστηκε το ζ δυναμικό των ενδοφακών, με ή χωρίς εναποθέσεις ΗΑΡ. Η μεθοδολογία των μετρήσεων ήταν αυτή της μέτρησης του δυναμικού ροής. Κατά τη ροή ηλεκτρολυτικού διαλύματος εφαπτομενικά προς ηλεκτρικά φορτισμένη επιφάνεια δημιουργείται δυναμικό ροής λόγω της διαφοράς δυναμικού η οποία δημιουργείται μεταξύ των άκρων μιας επιφάνειας, λόγω επιβράδυνσης των ιόντων με φορτίο αντίθετου προσήμου από την επιφάνεια ενώ λόγω απώσεων τα ομόσημα ιόντα απομακρύνονται ταχύτερα. Η διαφορά αυτή δυναμικού, μετρείται με ένα βολτόμετρο ακριβείας. Η ροή του ηλεκτρολύτη ως προς τη φορτισμένη επιφάνεια επιβάλλεται με διαφορά πιέσεως μεταξύ των δύο άκρων της επιφανείας. Λόγω του σχήματος και του μεγέθους των ενδοφακών, οι ενδοφακοί τεμαχίσθηκαν σε μικροσκοπικά σωματίδια μεγέθους 1 mm και τοποθετήθηκαν σε ειδική κυψελίδα δημιουργώντας με τον τρόπο αυτό ένα πορώδες δισκίο, δια του οποίου πραγματοποιήθηκε ροή ηλεκτρολυτικού διαλύματος KCl. Από τις μετρούμενες τιμές του δυναμικού ροής υπολογίσθηκε σε κάθε περίπτωση η τιμή του δυναμικού ζ, του δυναμικού δηλαδή στο επίπεδο ολίσθησης της ηλεκτρικής διπλής στιβάδας η οποία δημιουργείται στη διαφασική επιφάνεια IOL/ Hλεκτρολύτη. Μετρήθηκε το δυναμικό ροής και υπολογίσθηκε το δυναμικό ζ, IOL συναρτήσει της συγκέντρωσης του ηλεκτρολύτη, ΚCl και βρέθηκε ότι σε συγκεντρώσεις <0.5 mΜ KCl η επιφανειακή αγωγιμότητα επηρεάζει τις μετρούμενες τιμές. Οι μετρήσεις αυτές, έγιναν και συναρτήσει της τιμής του pH του ηλεκτρολυτικού διαλύματος. Βρέθηκε ότι το ισοηλεκτρικό σημείο των υδρόφιλων ακρυλικών ενδοφακών ΡΗΕΜΑ ήταν < pH 4, τιμή η οποία είναι παραπλήσια με την τιμή pK του μονομερούς ΗΕΜΑ. Αυξανομένης της τιμής του pH, οι τιμές του δυναμικού ζ ήταν πολύ αρνητικές και αυξάνονταν αυξανομένης της τιμής του pH σε συμφωνία με την αρχική υπόθεση ότι οι ιοντιζόμενες ομάδες -ΟΗ του ΡΗΕΜΑ είναι υπεύθυνες για το φορτίο της επιφάνειας. Οι εναποθέσεις ΗΑΡ στους IOL μετατόπισαν το ζ δυναμικό σε σημαντικά υψηλότερες αρνητικές τιμές. Η μετατόπιση αυτή ήταν αναμενόμενη δεδομένου του ότι μετρήσεις του δυναμικού ζ με την ίδια μέθοδο, του ΗΑΡ έδειξαν ότι έχει αρνητικές τιμές στην περιοχή τιμών του pH μεταξύ 6-10. Το αξιοσημείωτο είναι ωστόσο ότι το ζ δυναμικό των IOL PHEMA με τις εναποθέσεις ΗΑΡ ήταν πολύ μεγαλύτερο από το αναμενόμενο άθροισμα ζ δυναμικό ΗΑΡ και ζ δυναμικό ΡΗΕΜΑ. Αυτό δηλώνει την συνεργιστική αύξηση του αρνητικού δυναμικού της επιφάνειας των ασβεστοποιημένων IOL. Τροποποίηση της επιφάνειας των IOL με εναπόθεση στρωμάτων οξειδίου του γραφενίου (GO) έδειξαν πολύ υψηλές αρνητικές τιμές δυναμικού ζ, οι οποίες προφανώς οφείλονται στις καρβοξυλομάδες του GO. Η υπόθεση αυτή επιβεβαιώθηκε από μετρήσεις του δυναμικού ζ μετά την αναγωγή του GO προς ανηγμένο γραφένιο (RGO). Λόγω της αναγωγής των καρβοξυλομάδων και τη μετατροπή τους είτε σε C είτε σε καρβονυλομάδες =C=O, η τιμή του δυναμικού ζ μειώθηκε δραστικά.