疏水性聚丙烯酸酯人工晶状体的大气压下辉光放电表面改性及其生物相容性研究

摘要

本研究分为二部分：
　　 第一部分：大气压下辉光放电接枝聚乙二醇修饰疏水性聚丙烯酸酯人工晶状体及其体外生物相容性的研究
　　 目的：
　　 利用先进的大气压下辉光发电(APGD)技术接枝亲水性单体对人工晶状体(IOL)表面改性，探讨能够提高IOL生物相容性的简单、经济、高效的方法，以利于进一步的工业化生产。
　　 方法：
　　 采用APGD表面改性技术接枝亲水性单体聚乙二醇(PEG)修饰疏水性聚丙烯酸酯IOL前表面。应用静态水接触角(WCA)、X-射线光电子能谱(XPS)分别分析IOL表面亲水性和表面化学元素组成；场发射扫描电子显微镜(FESEM)和原子力显微镜（AFM）观察表面形貌；以考察改性后IOL表面理化性能的改变；按照医疗器械相关质量检测国家标准对IOL进行光焦度、像质、光谱透过率及动态疲劳耐久性的测试，以检测经PEG接枝后IOL的光学和力学性能。同时通过体外细胞粘附实验，包括血小板、巨噬细胞以及人晶状体上皮细胞( LECs)，观察IOL表面所粘附细胞的数量、形态，以初步评价改性后IOL的体外生物相容性。
　　 结果：
　　 静态水接触检检测显示经APGD处理后的IOL前表面亲水性明显增强，又以PEG接枝后IOL为著。通过接枝不同分子量的PEG，筛选出α-PEGMA1，100具有最佳改性效果，能长期保持亲水性，并应用于后续研究。XPS分析进一步证实了经APGD处理后IOL表面的极性基团的引入以及PEG的成功接枝。FESEM观察改性后IOL表面未见任何损伤；AFM显示APGD单纯处理导致表面粗糙度(RMS)增加，而在接枝PEG后得到改善。光学、力学相关检测证实IOL光焦度、像质、光谱透过率及动态抗疲劳强度均符合国家相关标准。体外血小板粘附实验显示APGD处理后的IOL可减少血小板粘附（p<0.05），接枝PEG后的IOL则该抑制效果更加明显（p<0.01），且粘附的血小板均处于球形的未被激活状态；局噬细胞和LECs粘附结果也显示出类似的表现，APGD处理及PEG表面接枝均可抑制上述两类细胞的粘附，其中PEG接枝组还表现出明显的抑制LECs增殖的作用(p<0.Ol)。
　　 结论：
　　 APGD技术能够成功在疏水性聚丙烯酸酯IOL前表面接枝亲水性单体PEG，能够大大增强IOL的表面亲水性，减少表面细胞粘附，增加IOL前表面生物相容性。APGD表面改性技术操作流程简单、经济环保，可连续性作业，为实现进一步的工业化生产推广奠定基础。
　　 第二部分：疏水性聚丙烯酸酯人工晶状体经大气压下辉光放电接枝聚乙二醇修饰后的体内生物相容性研究
　　 目的：
　　 检测APGD前表面接枝PEG的疏水性聚丙烯酸酯IOL在动物眼内的生物相容性，即既能够改善与前表面相关的葡萄膜生物相容性，又能够保持疏水性聚丙烯酸酯IOL原有的良好囊膜相容性。
　　 方法：
　　 采用APGD表面改性方法在聚丙烯酸酯IOL前表面接枝PEG单体。静态接触角分析接枝后的IOL亲水性的稳定性。将36只比利时色素兔(36眼）分为三组，行标准超声乳化术后随机植入疏水性丙烯酸酯(Acrylic) IOL、PEG前表面接枝的IOL以及亲水性聚丙烯酸酯（Akreos）IOL，每一IOL组12只兔（12眼，右眼），术后常规用药。术后第1、3、7、14、30、60、90天，应用裂隙灯显微镜观察前房炎症反应、虹膜、瞳孔、IOL位置和囊膜等眼前节情况并按照相应评价标准进行评分，同时用后照法拍摄后囊膜照片经EPCO软件分析后囊膜混浊(PCO)情况。术后三月取材，Miyake-Apple后照法拍照进行PCO评分；取出IOL，行表面细胞Hematoxylin&Eosin staining（HE）染色细胞计数和扫描电子显微镜观察；眼球行石蜡包埋切片，HE染色、高碘酸-schiff(PAS)染色和三色法(Masson)染色后观察、晶状体囊膜、LECs细胞增殖情况及其与周围组织关系；免疫组织化学法观察collagen I、collagenⅢ和α-SMA在囊膜及其周围的表达情况；透射电子显微镜超微结构分析晶状体囊膜中细胞与胞外基质的增殖状况。
　　 结果：
　　 接触角检测显示PEG接枝的IOL前表面为稳定的高度亲水性，而后表面保持疏水性不变。术后三个月观察期内，Acrylic IOL组的前房炎症反应较其他两组严重，有2眼发生虹膜后粘连和瞳孔夹持；Akreos IOL组有1眼发生瞳孔夹持、瞳孔变形；新型PEG接枝IOL组前房反应轻微。EPCO软件评分及Miyake-Apple后照法评价均显示Akreos IOL组的PCO评分显著高于PEG接枝IOL组和AcrylicIOL组，而后两者的PCO评分在统计学上无显著性差异。IOL表面细胞HE染色计数显示Acrylic IOL表面平均细胞级显著高于PEG修饰IOL和Akreos IOL。
　　 组织病理、免疫组织化学以及透射电子显微镜结果均显示Acrylic IOL及PEG接枝IOL的后囊膜细胞纤维化趋势明显，与IOL贴附紧密，抑制了LECs向IOL光学区中央部的增殖移行，而Akreos IOL支持LECs及胞外基质在后囊膜及IOL后表面之间的增殖形成各类型的PCO。
　　 结论：
　　 应用APGD技术前表面接枝PEG的疏水性丙烯酸酯IOL植入兔眼内后，能减轻术后早期前房闪辉等炎症反应，降低IOL表面与炎性细胞的相互作用，并保持了疏水性聚丙烯酸酯IOL原有的低PCO发生率，兼具良好的葡萄膜相容性和囊膜相容性。进一步证实APGD表面接枝技术的体内安全性以及接技的稳定性和有效性。