Θόλωση των υδρόφιλων ενδοφακών λόγω ασβεστοποίησης : καινοτόμες μέθοδοι προστασίας

• Κύριος συγγραφέας: Ζανδέ, Ευανθία
• Άλλοι συγγραφείς: Zande, Evanthia
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Ενδοφθάλμιοι φακοί; Καταρράκτης; Φωσφορικό ασβέστιο; Υδροξυαπατίτης; Βιολογική ασβεστοποίηση; Οξείδιο του γραφενίου; Γραφένιο; Υπερκορεσμός; Κρυσταλλική ανάπτυξη; Intraocular Lenses; Cataract; Calcium phosphate; Hydroxyapatite (HAP); Biological calcification; Graphene oxide; Graphene; Supersaturation; Crystal growth

Ο τομέας των βιοϋλικών εξελίσσεται με ραγδαίο ρυθμό τα τελευταία χρόνια με το ερευνητικό ενδιαφέρον να στρέφεται στην δημιουργία νέων υλικών, με το γραφένιο να είναι ένα ιδιαίτερα ελκυστικό υλικό, λόγω της νανοδομής και των εξαιρετικών του ιδιοτήτων. Για το λόγο αυτό έχει πληθώρα εφαρμογών, όπως στον τομέα της νανοηλεκτρονικής, σε νανοσύνθετα υλικά, οπτοηλεκτρονικές συσκευές, ηλεκτροχημικές συσκευές υπερπυκνωτών, τρανζίστορ επίδρασης πεδίου, συστήματα χορήγησης φαρμάκων, ηλιακά κύτταρα, μεμβράνες και κατασκευασμένους υπερευαίσθητους χημικούς αισθητήρες όπως αισθητήρες pH, αισθητήρες αερίων, βιοαισθητήρες. Στην κατηγορία των βιοϋλικών εμπίπτουν και οι ενδοφακοί (Intra ocular lenses. IOL), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση του καταρράκτη αλλά και άλλων οφθαλμικών παθήσεων. Ο καταρράκτης είναι μια πολύ συχνή πάθηση του ματιού, κατά την οποία με την πάροδο των χρόνων ο ενδοφθάλμιος φακός υφίσταται μεταβολές, οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα την απώλεια της διαύγειάς του και τελικώς την πλήρη αδιαφάνειά του. Μεταξύ άλλων υλικών κατασκευής των ενδοφακών, μεγάλη εφαρμογή βρίσκουν στην οφθλαμιατρική χειρουργική οι πολυακρυλικοί ενδοφακοί. Οι πολυμερικοί αυτοί ενδοφακοί διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες ενδοφακών, τους υδρόφιλους (poly-hydroxyl-ethyl methacrylate, PHEMA) και τους υδρόφοβους (Poly(methyl methacrylate), PMMA). Κάθε μια από τις κατηγορίες αυτές εμφανίζει και διαφορετικά χαρακτηριστικά. Οι υδρόφιλοι ενδοφακοί, οι οποίοι είναι ευρέως χρησιμοποιούμενοι, είναι αρκετά εύκαμπτοι, παρουσιάζουν καλύτερη βιοσυμβατότητα και η εισαγωγή τους στον οφθαλμό απαιτεί μικρότερη τομή (κάτω των 2mm). Ωστόσο, έχει παρατηρηθεί μετεγχειρητική θόλωση των υδρόφιλων ενδοφακών, που οφείλεται κατά κύριο λόγο στο σχηματισμό αλάτων φωσφορικού ασβεστίου είτε στην επιφάνεια, ή στο εσωτερικό ή και στα δύο μέρη, γεγονός που μπορεί να επιφέρει δυσμενείς επιπτώσεις στην όραση, ακόμη και ολική απώλειά της. Παρότι κλινικά, η ασβεστοποίηση των υδρόφιλων ενδοφακών έχει ταυτοποιηθεί ως αιτία θόλωσης, δεν υπάρχουν αρκετές αναφορές σχετικά με το μηχανισμό θόλωσης λόγω ασβεστοποίησης, ενώ δεν υπάρχουν μελέτες για την αναστρεψιμότητα του φαινομένου, δηλαδή τον καθαρισμό των ενδοφακών, οι οποίοι έχουν θολώσει λόγω ασβεστοποίησης. Σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες η ασβεστοποίηση των υδρόφιλων ενδοφακών οφείλεται στην παρουσία υδροξυλομάδων της επιφάνειας του ΡΗΕΜΑ, οι οποίες στο φυσιολογικό pH 7.40 ιοντίζονται. Αντίθετα, οι υδρόφοβοι ενδοφακοί από ΡΜΜΑ, το οποίο δεν διαθέτει επιφανειακές υδροξυλομάδες, δεν ασβεστοποιούνται. Από τις υπάρχουσες πληροφορίες λοιπόν προκύπτει ότι η δομή της επιφάνειας των ενδοφακών συνδέεται με την ασβεστοποίηση και οποιαδήποτε προσπάθεια επιβράδυνσης ή πλήρους αποτροπής της ασβεστοποίησης θα πρέπει να συνδέεται με τροποποίηση της επιφάνειας των υδρόφιλων ενδοφακών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, επιχειρήθηκε η διερεύνηση της δυνατότητας τροποποίησης της υδρόφιλης επιφάνειας ενδοφακών από PHEMA (poly hydroxyl ethyl methacrylate) περιεκτικότητας σε νερό 18% κ.β., με οξείδιο του γραφενίου (GO) με εναπόθεση από αιωρήματα GO σε νερό. Στη συνέχεια το GO, το οποίο διαθέτει τόσο καρβοξυλομάδες όσο και υδροξυλομάδες παρουσία ισχυρού αναγωγικού μέσου (φαινυλυδραζίνης) μετετράπη σε ανηγμένο γραφένιο (rGO). Οι συγκεντρώσεις των αιωρημάτων με GO, οι οποίες δοκιμάστηκαν ήταν από 1∙10-4 έως 3∙10-4 % w/v GO. Τα αιωρήματα αυτά έμειναν σε επαφή με τους ενδοφακούς για μια εβδομάδα σε σταθερή θερμοκρασία 37οC υπό ανάδευση με αναστροφή των αντιστοίχων δοκιμαστικών σωλήνων, οι οποίοι περιείχαν το αίωρημα του GO και τους υδρόφιλους ενδοφακούς. Με την επεξεργασία αυτή, όπως διαπιστώθηκε από την εξέταση της μορφολογίας των επιφανειών τους με ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης (SEM), προέκυψε ότι η επεξεργασία των υδρόφιλων ενδοφακών με τα αιωρήματα του GO , είχε ως αποτέλεσμα την ομοιόμορφη επικάλυψη των ενδοφακών. Μετρήσεις της γωνάς επαφής, των υδρόφιλων ενδοφακών με GO έδειξαν ότι αυτές ήταν 53ο, σημαντικά μικρότερη από την αντίστοιχη των υδρόφιλων ενδοφακών προ της επεξεργασίας τους (670). Η επεξεργασία των υδρόφιλων ενδοφακών, οι οποίοι είχαν επικαλυφθεί με GO, με φαινυλυδραζίνη σε θερμοκρασία δωματίου είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία επιφανειακού υμενίου rGO. Από την μέτρηση της γωνίας επαφής, η οποία βρέθηκε ίση με 87ο , διαπιστώθηκε ότι, η τροποποίηση αυτή αύξησε τον υδρόφοβο χαρακτήρα της επιφάνειας του ενδοφακού. Επίσης, επιχειρήθηκε η μελέτη του μηχανισμού σχηματισμού αλάτων φωσφορικού ασβεστίου και μάλιστα της θερμοδυναμικά σταθερότερης φάσης του, του υδροξυαπατίτη (C_5 (PO_4 )_3 ΟΗ, ΗΑΡ) στους τροποποιημένους και μη ενδοφακούς σε σταθερά υπέρκορα διαλύματα φωσφορικού ασβεστίου. Για τη διερεύνηση της διαδικασίας ασβεστοποίησης των ενδοφακών αναπτύχθηκε ένα in vitro εργαστηριακό μοντέλο στο οποίο το υδατικό διάλυμα προσομοίωνε τη σύσταση του υδατοειδούς υγρού, το οποίο βρίσκεται σε επαφή με τον ενδοφακό στον πρόσθιο θάλαμο του οφθαλμού. Πρώτα μελετήθηκε η κινητική της κρυσταλλικής ανάπτυξης φωσφορικού ασβεστίου σε συνθετικά κρυσταλλικά φύτρα HAP σε συνθήκες σταθερού υπερκορεσμού (CCR). Οι μετρήσεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν ως σύστημα αναφοράς και ως μέτρο σύγκρισης, επειδή στα φύτρα δεν υπάρχει ενεργειακό φράγμα για την πυρηνογένεση. Τα διαλύματα στην παρούσα μελέτη ήταν υπέρκορα ως προς ΗΑΡ σε σταθερή θερμοκρασία 370.5°C μέσω κυκλοφορικού θερμοστάτη υδατόλουτρου και pH 7.40. Χρησιμοποιήθηκε διπλότοιχος θερμοστατούμενος αντιδραστήρας διαλείποντος έργου (Batch) από γυαλί PYREX, υπό συνεχή μαγνητική ανάδευση, στο εσωτερικό του οποίου εισάγονταν προζυγισμένες ποσότητες κρυσταλλικών φύτρων ΗΑΡ. Η έναρξη της καταβύθισης, με πτώση του pH, σηματοδοτούσε την προσθήκη στο υπέρκορο διάλυμα κατάλληλης ποσότητας αντιδραστηρίων (CaCl_2,NaH_2 PO_4,και NaOH) με βάση την στοιχειομετρία του HAP, προκειμένου να διατηρείται σταθερή η ενεργότητα όλων των χημικών ειδών στα υπέρκορα διαλύματα. Οι ρυθμοί της κρυσταλλικής ανάπτυξης του HAP υπολογίστηκαν από τα διαγράμματα προστιθέμενου όγκου των αντιδραστηρίων συναρτήσει του χρόνου. Η γραμμική εξάρτηση του ρυθμού κρυσταλλικής ανάπυξης του ΗΑΡ από τον σχετικό υπερκορεσμό, έδειξε ότι η κρυσταλλική ανάπτυξη του ΗΑΡ καθορίζεται κατά κύριο λόγο από την επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων στην επιφάνεια των αναπτυσσόμενων κρυστάλλων. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η κρυσταλλική ανάπτυξη ΗΑΡ σε φύτρα του, στα οποία είχε εναποτεθεί GO με τον ίδιο τρόπο όπως και στην περίπτωση των ενδοφακών. Σε υψηλές συγκεντρώσεις GO στα αιωρήματα, με το οποίο εξισσορροπήθηκαν οι κρύσταλλοι του ΗΑΡ, ο ρυθμός κρυσταλλικής ανάπτυξης αυξήθηκε σημαντικά (ήταν σχεδόν διπλάσιος). Η επιταχυντική δράση του GO στην κρυσταλλική ανάπτυξη του ΗΑΡ, εκτιμάται ότι οφείλεται στις καρβοξυλομάδες που φέρει, οι οποίες σε pH 7.40 είναι πλήρως ιοντισμένες και ευνοούν την πυρηνογένεση του ΗΑΡ. Η μελέτη της κινητικής της πυρηνογένεσης και κρυσταλλικής ανάπτυξης ΗΑΡ σε υδρόφιλους IOL σε διαφορετικές τιμές υπερκορεσμού πραγματοποιήθηκε με κρυστάλλους ΗΑΡ, οι οποίοι είχαν επικαλυφθεί με GO. Η επικάλυψη των κρυστάλλων ΗΑΡ, έγινε κατόπιν εξισορροπήσεως με αιωρήματα GO συγκέντρωσης 2∙10-4 και 5∙10-4 % w/v w/v GO. Οι ρυθμοί σχηματισμού υδροξυαπατίτη στους IOL με επίστρωση GO ήταν αυξημένοι ακόμη και δυο τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με τους αντίστοιχους για υδρόφιλους ενδοφακούς χωρίς επικάλυψη και αυξανόταν αυξανομένης της συγκέντρωσης GO στα αρχικά αιωρήματα που χρησιμοποιήθηκαν για την δημιουργία των εναποθέσεων στους κρυστάλλους Τέλος, μελετήθηκε η ασβεστοποίηση σε IOL με επίστρωση κατόπιν εξισορρόπησης με αιώρημα 5∙10-4 % w/v GO. Στη συνέχεια το GO ανήχθη με φαινυλυδραζίνη rGO. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία υδρόφοβου υμενίου στην επιφάνεια των ενδοφακών, το οποίο λόγω απουσίας καρβοξυλομάδων (-COOH) εμπόδισε την κρυσταλλική ανάπτυξη ΗΑΡ στην επιφάνειά του, υποδηλώνοντας ότι οι υδρόφοβες επιφάνειες αυξάνουν το ενεργειακό φράγμα για ετερογενή πυρηνογένεση και κρυσταλλική ανάπτυξη.