Механическое взаимодействие мягких контактных линз и тканей глазной поверхности: научные и клинические данные, лежащие в основе инновационных технологий материалов контактных линз. Часть II


В последнее десятилетие исследования и разработки Alcon фокусируются на взаимодействии контактных линз и поверхности глаза, в результате появляются материалы, максимально имитирующие естественные особенности слезы и эпителия роговицы. Чтобы добиться этого, Alcon отходит от традиционного силикон-гидрогелевого материала, создавая первые линзы на базе технологии для получения высокогидрофильной поверхности. В данном обзоре рассматриваются научные и клинические данные, лежащие в основе этих революционных инноваций.

Первая часть статьи

Технологии производства МКЛ, нацеленные на минимизацию механического воздействия

Очевидно, что для уменьшения напряжения сдвига, вызываемого контактными линзами (КЛ), необходимо приблизить характеристики поверхности линзы к свойствам гликокаликса. Увеличение влагосодержания позволит сделать полимер более мягким, помогая снизить контактное давление и коэффициент трения (рис. 1). 


Рис. 1.
Контактная линза на глазу и зоны контакта «роговица – линза» и «линза – веко»

Если обратиться за вдохновением к природе, то примером одного из самых мягких гелей естественного происхождения является тело медузы, которое на 95 % состоит из воды. Такое высокое содержание воды обеспечивает мягкость и отличную скользкость. Особенность уникальной структуры мезоглеи медузы – полимерная сеть с крупными ячейками: чем их размер больше, тем больше воды может заполнить эти пространства, следовательно, меньше модуль упругости и трение (рис. 2). Традиционные гидрогелевые и силикон-гид­рогелевые материалы имеют меньший размер ячеек полимерной сети и относительно низкое влагосодержание, гораздо ниже, чем поверхность глаза.


Рис. 2.
Влияние размера ячейки полимера на его свойства

Интуитивно понятно следующее: чтобы КЛ лучше соответствовали свойствам поверхности глаза, необходимо просто увеличить содержание воды в них. Однако с этим возникают некоторые трудности: увеличение влагосодержания полимера снижает модуль упругости линзы и делает ее чрезвычайно хрупкой и сложной в обращении. Традиционные гидрогелевые и силикон-гидрогелевые материалы являются гомогенными, то есть имеют одинаковые свойства (содержание воды и модуль упругости) по всей толщине линзы – от сердцевины к поверхности. Попытка получить однородную линзу из таких материалов с влагосодержанием 90–95 % означала бы наделить ее характеристиками, как у тела медузы: линза не сможет сохранять стабильные параметры, поэтому возникнут большие сложности с ее надеванием. Таким образом, хотя влагосодержание полимера может быть увеличено, это, как правило, делает линзы слишком сложными в обращении, что ограничивает возможности использования стандартного гомогенного материала.

Veko school в статье

Возникает вопрос: есть ли вероятность сделать полимер КЛ максимально гидрофильным, но при этом прочным и стабильным? Развивая эту идею, компания Alcon создает новую категорию полимеров – КЛ с высокогидрофильной поверхностью. Они представляют собой двухфазные КЛ, на поверхности которых находится высокогидрофильный гель, а в сердцевине – стандартный гомогенный силикон-гидрогелевый полимер (рис. 3).


Рис. 3.
Характеристики КЛ с высокогидрофильной поверхностью

Благодаря этому подходу сердцевина линзы имеет средние показатели влагосодержания и модуля упругости и обеспечивает высокую кислородопроницаемость. А ее поверхность, которая соприкасается с веком и роговицей, чрезвычайно богата влагой, по степени скользкости и мягкости близка к поверхности глаза.

Поверхность КЛ Precision1 (Alcon), изготовленных из верофилкона А, содержит до 87 % воды, а линз Dailies Total 1 из материала делефилкон А – более 99 %, что обеспечивает исключительно мягкое взаимодействие с тканями глаза (низкий модуль упругости поверхности) и высокую легкость скольжения (низкий коэффициент трения) [4–6] (рис. 4).


Рис. 4.
Доступные на рынке КЛ с высокогидрофильной поверхностью

Оценка повреждения клеток глазной поверхности в исследовании

Большинство ученых в попытке изучить взаимодействие мягких контактных линз (МКЛ) и тканей глаза использует оценку коэффициента трения. Однако данные их исследования показывают низкую воспроизводимость результатов: даже в лаборатории они зависят от множества факторов, таких как свойства раствора, геометрия линзы, приложенное давление, скорость скольжения, температура поверхности и т. д.

Для воспроизведения максимально приближенного к реальности процесса трения обеих поверхностей – линзы и роговицы – ученые Университета Флориды соединили модель поверхности последней со скользящей частью КЛ. Биотрибометр использовали для измерения воздействия напряжения сдвига на монослой эпителиальных клеток in vitro в контролируемых условиях (давление, длина хода, скорость, количество циклов, температура). Линзы помещали на покрытый мембраной зонд, который совершал 1000 циклов скольжения по эпителиальным клеткам роговицы, с применением давления, имитирующего типичное нажатие века на глазную поверхность (рис. 5).


Рис. 5.
Биотрибометр: оценка механического воздействия на клетки роговичного эпителия

Поврежденные клетки идентифицируются при помощи красного флюоресцентного красителя (рис. 6а), имеющего свойство прокрашивать их ядра. Затем эти клетки обводятся (рис. 6б) и подсчитываются (рис. 6в) – так мы можем увидеть последствия контакта поверхности КЛ и живых клеток на всем пути скольжения (рис. 6г).


Рис. 6.
Идентификация поврежденных клеток в исследовании при помощи красителя (пропидия йодида) по этапам: 
а – окрашивание клеток красителем, б – их обводка, в – подсчет, г – анализ пути скольжения

Тестируемые линзы включали в себя два полимера с высокогидрофильной поверхностью – делефилкон A (Dailies Total 1) и верофилкон A (Precision1), а также три гомогенных полимера – сомофилкон A (Clariti 1 Day), стенфилкон A (MyDay) и этафилкон A (1-Day Acuvue Moist).

Изображения, полученные с помощью флюоресцентной микроскопии, показали, что использование КЛ с высокогидрофильной поверхностью (Dailies Total 1 и Precision1) привело к значительно меньшему количеству повреждений эпителиальных клеток по сравнению с другими протестированными линзами (p < 0,001) (рис. 7). Фактически повреждение клеток, которое произошло после циклов скольжения линз из делефилкона A и верофилкона A, было сопоставимо с контрольным образцом, не участвовавшем в эксперименте (фоновое нормальное обновление клеток), – их количество составляло (7 ± 4) кл./мм2 после 1000 цик­лов [1, 2].


Рис. 7.
Флюоресцентные изображения (а) и изменение количества поврежденных клеток на площади 1 мм2 после 1000 циклов скольжения линз из разных материалов (каждый материал линзы был протестирован трижды) (б):
А – сомофилкон А; Б – стенфилкон А; В – этафилкон А; Г – верофилкон А; Д – делефилкон А
Пунктирная линия показывает среднее значение трех тестов; стрелки указывают на тест, соответствующий изображению на фрагменте а

Данные исследования также показывают, что МКЛ с высокогидрофильной поверхностью сохраняют свои свойства с течением времени и обеспечивают защиту эпителиальных клеток дольше по сравнению с линзами из гомогенных полимеров (рис. 8).


Рис. 8.
Изменение количества поврежденных клеток на площади 1 мм2 зоны контакта в зависимости от числа циклов скольжения линз из разных материалов:
А – сомофилкон А; Б – стенфилкон А; В – этафилкон А; Г – верофилкон А; Д – делефилкон А

Заключение

КЛ с высокогидрофильной поверхностью благодаря особой структуре полимера и высокому влагосодержанию на поверхности эффективно способствуют снижению контактного давления и минимизации трения. Это позволяет снизить напряжение сдвига на тканях глазной поверхности и, как результат, уменьшить повреждение эпителиальных клеток. Цель данной технологии – побороть дискомфорт при использовании МКЛ. В России линзы с такой поверхностью представлены двумя продуктами: однодневными КЛ Dailies Total 1 и Precision1 (рис. 9).

  • Технология восстановления слезной пленки
  • Уникальный водоградиентный материал
  • Линзы, которые не чувствуются [9]
  • Почти 100 %-е влагосодержание на поверхности
  • Доказанное уменьшение сухости глаз в конце дня [9]

  • Технология SmartSurface: силикон-гидрогелевые линзы в ультратонкой оболочке из гидрогеля
  • Созданы для новых пользователей
  • Четкое зрение [10]
  • Длительный комфорт [10]
  • Легко надевать и снимать [10] 

Рис. 9. Преимущества МКЛ с высокогидрофильной поверхностью от Alcon Dailies Total 1 (сверху), Precision1 (снизу)

Список литературы

1.    Urueña J. M., Hart S. M., Hood D. L. [et al.]. Conside­rations for Biotribometers: Cells, Gels, and Tissues // Tribology Letters. 2018. N 66. DOI: 10.1007/s11249-018-1094-y. 
2.    Hart S. M., McGhee E. O., Urueña J. M. [et al.]. Surface Gel Layers Reduce Shear Stress and Damage of Corneal Epithelial Cells // Tribology Letters. 2020. N 68. Vol. 106. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-020-01344-3.
3.    Pitenis A. A. [et al.]. Corneal cell friction: Survival, lubricity, tear films, and mucin production over extended duration in vitro studies. Biotribology (2017). 2. Pitenis, A A et al. Friction-Induced Inflammation. Tribol. Lett. (2018).
4.    Urueña J. M. [et al.]. Normal Load Scaling of Friction in Gemini Hydrogels // Biotribology. 2018. 
5.    Cummings S., Giedd B., Pearson C. Clinical performance of a new daily disposable spherical contact lens // Optom Vis Sci. 2019. N 96. E-abstract 195375.
6.    Thekveli S. [et al.]. Structure-property relationship of delefilcon A lenses // Cont Lens Ant Eye. 2012. N 35 (supp 1). E14.
7.    Angelini T. [et al.]. Viscoelasticity and mesh-size at the surface of hydrogels characterized with microrheology. IOVS. 2013; 54: EAbstract 500.
8.    Lin M., Yeh T. Mechanical Complications Induced by Silicone Hydrogel Contact Lenses // Eye & Contact Lens: Science & Clinical Practice. 2013. N 39 (1). P. 115–124. DOI: 10.1097/ICL.0b013e31827c77fd.
9.    Perez-Gomez I., Giles T. European survey of contact lens wearers and eye care professionals on satisfaction with a new water gradient disposable contact lens // Clin Optom. 2014. N 6. P. 17–23. 
10.    В исследовании, оценивающем впечатления специалистов и пользователей относительно новых КЛ Precision1. На основании опроса 347 пользователей контактных линз. Данные исследований Alcon 2019 года.

Автор: О. А. Захарова,
врач-офтальмолог, руководитель отдела профессиональной поддержки подразделения заботы о зрении компании Alcon

© РА «Веко»

Печатная версия статьи опубликована в журнале «Современная оптометрия»  [2022. № 1 (150)].

По вопросам приобретения журналов и оформления подписки обращайтесь в отдел продаж РА «Веко»:

  • Тел.: (812) 603-40-02.
  • E-mail: magazine@veko.ru
  • veko.ru

Наши страницы в соцсетях:

Ближайшие события