不同表面處理和設(shè)計的人工晶狀體生物相容性的實驗研究

王絲雨，石棟，陸博，韓琳，馬立威，2

（1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院眼科，中國醫(yī)科大學(xué)眼科醫(yī)院，遼寧省晶狀體學(xué)重點實驗室，沈陽 110005；2.沈陽愛爾卓越眼科醫(yī)院眼科，中南大學(xué)愛爾眼科學(xué)院，沈陽 110001）

人工晶狀體（intraocular lens，IOL）植入眼內(nèi)后會與眼內(nèi)生物組織環(huán)境相互作用，發(fā)生一系列與生物相容性有關(guān)的反應(yīng)。生物相容性指生物材料植入體內(nèi)后，與體內(nèi)組織相容而不引起有害變化的能力［1］。IOL的生物相容性包括葡萄膜生物相容性、囊膜生物相容性和囊袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性［2］。通過不同材料、設(shè)計、表面處理等手段提高IOL的生物相容性，對于減少術(shù)后并發(fā)癥和優(yōu)化手術(shù)效果有重要的價值［3］。本研究針對具有不同表面處理方式及袢表面設(shè)計的HOYA Vivinex XY1 IOL及AMO Tecnis PCB00 IOL的生物相容性進行體內(nèi)研究，觀察術(shù)后前房閃輝、后囊膜混濁、IOL旋轉(zhuǎn)角度及晶狀體上皮細胞的增殖移行情況，比較二者植入兔眼后的葡萄膜生物相容性、囊膜生物相容性及囊袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 IOL：HOYA Vivinex XY1 IOL（日本豪雅株式會社），袢表面磨砂化處理，光學(xué)部經(jīng)紫外線/臭氧后表面處理。AMO Tecnis PCB00 IOL（美國眼力健公司），袢表面光滑，光學(xué)部經(jīng)聚乙二醇全表面處理。2種IOL均為疏水性丙烯酸酯材料，一體式雙袢型，光學(xué)部直徑6 mm，總直徑13 mm，改良C袢，360°銳利直角邊緣設(shè)計，屈光度+20.00 D。

1.1.2 實驗動物：新西蘭白兔（由中國醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心提供）10只（20眼），雌雄不限，體質(zhì)量2.0～2.5 kg，8～10周齡，眼部檢查無異常。

1.2 方法

1.2.1 實驗分組：20只兔眼均行晶狀體超聲乳化吸除聯(lián)合IOL植入術(shù)，每只兔隨機選擇左右眼分別植入不同的IOL，植入HOYA Vivinex XY1 IOL的兔眼為A組，植入AMO Tecnis PCB00 IOL的兔眼為B組。本研究采用隨機雙盲法，即術(shù)者及檢查者均不知實驗動物分組。

1.2.2 術(shù)前準(zhǔn)備：術(shù)前2 d開始用鹽酸左氧氟沙星滴眼液點眼（4次/d）。手術(shù)當(dāng)日術(shù)前用復(fù)方托吡卡胺滴眼液點眼至瞳孔充分散開。

1.2.3 麻醉方法：耳緣靜脈注射20%氨基甲酸乙酯溶液（7.5 mL/kg）麻醉，以呼吸規(guī)則平穩(wěn)、角膜反射遲鈍、全身肌肉松弛、皮膚夾捏反射消失為全身麻醉到位標(biāo)準(zhǔn)，必要時適當(dāng)追加麻醉劑量。

1.2.4 手術(shù)方法：所有手術(shù)由同一經(jīng)驗豐富的眼科醫(yī)師完成。將全身麻醉成功的新西蘭白兔仰臥位固定于兔臺上，碘伏常規(guī)消毒術(shù)眼，鋪無菌孔巾，開瞼器開瞼，制作3.2 mm透明角膜切口，前房內(nèi)注入黏彈劑，中央連續(xù)環(huán)形撕囊，撕囊直徑約5 mm，水分離，超聲乳化吸除晶狀體核及皮質(zhì)，囊袋內(nèi)注入黏彈劑，植入IOL于囊袋內(nèi)，吸除殘留的黏彈劑，水密切口。利用眼科手術(shù)顯微鏡目鏡自帶角度刻度盤，調(diào)整顯微鏡使投射到術(shù)野的角度刻度盤中心線通過IOL袢根部中點，在此方位上用10/0尼龍縫線于角膜緣外1 mm處進針，針距1 mm帶淺層鞏膜出針打結(jié)，此淺層鞏膜縫線進針點即為IOL袢標(biāo)記點。球結(jié)膜下注射地塞米松磷酸鈉注射液2 mL，結(jié)膜囊內(nèi)涂妥布霉素地塞米松眼膏，術(shù)畢。

1.2.5 術(shù)后護理：每天給予術(shù)眼妥布霉素地塞米松滴眼液4次，鹽酸左氧氟沙星滴眼液4次，復(fù)方托吡卡胺滴眼液2次。

1.2.6 前房閃輝評分：術(shù)后1、7、14、28 d，兔眼充分散瞳，采用裂隙燈顯微鏡（×16）直接照明法觀察前房閃輝情況并分級評分。將前房閃輝分為5級，即0級（0分）為無前房閃輝；1級（1分）為微弱的前房閃輝；2級（2分）為中度的前房閃輝，可以辨別虹膜和晶狀體細節(jié)；3級（3分）為顯著的前房閃輝，虹膜和晶狀體細節(jié)難以辨認(rèn)；4級（4分）為嚴(yán)重的前房閃輝，房水呈凝固狀態(tài)，伴有大量纖維素性滲出物。所有前房閃輝分級評分由同一位檢查者完成。

1.2.7 晶狀體后囊膜混濁評分：術(shù)后1、7、14、28 d，兔眼充分散瞳，采用裂隙燈顯微鏡紅光后照法觀察晶狀體后囊膜混濁情況（×16），使用裂隙燈眼前節(jié)照相系統(tǒng)拍攝清晰后囊膜圖像，將圖像導(dǎo)入本課題組自行開發(fā)研制的后發(fā)性白內(nèi)障計算機圖像定量分析系統(tǒng)（PCO-computer aided analysis system，PCOCAAS）［4］進行后囊膜混濁評分。所有后囊膜圖像拍攝及評分由同一位檢查者完成。

1.2.8 IOL旋轉(zhuǎn)角度測量：術(shù)后1、7、14、28 d，兔眼充分散瞳，采用裂隙燈顯微鏡紅光后照法觀察IOL位置（×16）。調(diào)整新西蘭白兔頭位，保持兔眼IOL平面與裂隙燈觀察平面平行，暴露淺層鞏膜縫線，使用裂隙燈眼前節(jié)照相系統(tǒng)拍攝清晰眼前節(jié)圖像。利用系統(tǒng)自帶量角器功能，調(diào)整量角器邊緣與IOL光學(xué)部邊緣重合，定位IOL光學(xué)部中心點，自中心點分別向IOL袢根部中點及淺層鞏膜縫線進針點連線，2連線間角度即IOL旋轉(zhuǎn)角度。所有眼前節(jié)圖像拍攝及測量由同一位檢查者完成。

1.2.9 組織病理學(xué)檢查：術(shù)后28 d用空氣栓塞法處死新西蘭白兔，立即摘除眼球，經(jīng)石蠟包埋切片后常規(guī)HE染色，于光學(xué)顯微鏡下（×100）觀察后囊膜晶狀體上皮細胞增殖移行情況。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 23.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料采表示，采用配對樣本t檢驗比較，P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

所有兔眼手術(shù)順利，術(shù)中及術(shù)后未出現(xiàn)晶狀體后囊膜破裂及眼內(nèi)感染等并發(fā)癥。

2.1 前房閃輝評分

術(shù)后7 d，2組前房閃輝最為明顯，隨時間延長逐漸減弱，至術(shù)后28 d前房閃輝基本消失。術(shù)后1 d、7 d，A組平均前房閃輝評分大于B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜ 0.05）；術(shù)后14 d、28 d，A組與B組平均前房閃輝評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞ 0.05），見表1。

2.2 后囊膜混濁評分

A組于術(shù)后14 d開始出現(xiàn)后囊膜混濁，見圖1、圖2。B組于術(shù)后7 d開始出現(xiàn)后囊膜混濁，見圖3。隨著時間延長，2組后囊膜混濁程度逐漸加重。術(shù)后7 d、14 d、28 d A組平均后囊膜混濁評分小于B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜ 0.05），見表2。

表1 術(shù)后各時間點平均前房閃輝評分（）Tab.1 The mean anterior chamber flare score at each time piont after surgery（）

表1 術(shù)后各時間點平均前房閃輝評分（）Tab.1 The mean anterior chamber flare score at each time piont after surgery（）

圖1 A組術(shù)后7 d裂隙燈檢查未見后囊膜混濁 ×16Fig.1 No posterior capsular opacity observed by slit lamp inspection in group A at 7 days after surgery ×16

2.3 IOL旋轉(zhuǎn)角度

A組術(shù)后1 d、7 d、14 d、28 d IOL平均旋轉(zhuǎn)角度無明顯變化。B組術(shù)后1 d、7 d、14 d隨時間延長IOL平均旋轉(zhuǎn)角度增加，術(shù)后14 d、28 d IOL平均旋轉(zhuǎn)角度趨于穩(wěn)定，見圖4。術(shù)后1 d、7 d、14 d、28 d A組IOL平均旋轉(zhuǎn)角度小于B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜ 0.05），見表3。

圖2 A組術(shù)后28 d裂隙燈檢查晶狀體后囊膜圖像（A）及對應(yīng)PCO-CAAS圖像定量分析系統(tǒng)后囊膜混濁評分（B）×16Fig.2 Posterior capsular image（A）observed by slit lamp inspection and corresponding posterior capsular opacity score measured by PCO-CAAS（B）in group A at 28 days after surgery ×16

圖3 B組術(shù)后28 d裂隙燈檢查晶狀體后囊膜圖像（A）及對應(yīng)PCO-CAAS圖像定量分析系統(tǒng)后囊膜混濁評分（B）×16Fig.3 Posterior capsular image（A）observed by slit lamp inspection and corresponding posterior capsular opacity score measured by PCO-CAAS（B）in group B at 28 days after surgery ×16

表2 術(shù)后各時間點平均后囊膜混濁評分（）Tab.2 The mean posterior capsular opacity score at each time piont after surgery（）

表2 術(shù)后各時間點平均后囊膜混濁評分（）Tab.2 The mean posterior capsular opacity score at each time piont after surgery（）

圖4 B組術(shù)后14 d裂隙燈檢查淺層鞏膜縫線進針點（白色箭頭所指）及IOL旋轉(zhuǎn)角度 ×16Fig.4 Superficial sclera suture into the needle point（white arrow point）observed by slit lamp inspection and IOL rotation angle in group B at 28 days after surgery ×16

2.4 組織病理學(xué)檢查

術(shù)后28 d兔眼石蠟切片HE染色結(jié)果如圖5所示，A組晶狀體后囊膜表面僅見散在分布的單個或簇狀晶狀體上皮細胞，細胞外基質(zhì)沉積不明顯；B組后囊膜表面可見排列密集的單層或雙層晶狀體上皮細胞，細胞外基質(zhì)沉積明顯，后囊膜明顯增厚。

3 討論

IOL作為眼內(nèi)植入生物材料，其生物相容性與術(shù)后視覺質(zhì)量密切相關(guān)。IOL與眼內(nèi)組織的相互作用發(fā)生在IOL表面，因此，IOL表面的理化特性直接影響其生物相容性。表面處理技術(shù)是在保持IOL本身光學(xué)、力學(xué)特征不變的基礎(chǔ)上，通過物理或化學(xué)方法改變IOL表面理化特性，以調(diào)節(jié)材料與眼內(nèi)環(huán)境間的作用，達到提高生物相容性的目的［5-6］。此外，IOL設(shè)計方面的改進也對提高生物相容性起著至關(guān)重要的作用［7-8］。

表3 術(shù)后各時間點IOL平均旋轉(zhuǎn)角度（ ，°）Tab.3 The mean IOL rotation angle at each time piont after surgery（，°）

表3 術(shù)后各時間點IOL平均旋轉(zhuǎn)角度（ ，°）Tab.3 The mean IOL rotation angle at each time piont after surgery（，°）

圖5 HE染色檢查結(jié)果 ×100Fig.5 The hematocellin-eosin staining results ×100

葡萄膜生物相容性是指IOL與虹膜、睫狀體和前部脈絡(luò)膜相互作用的異物反應(yīng)，常用前房閃輝嚴(yán)重程度作為評價指標(biāo)［1］。本研究中，A組為疏水性丙烯酸酯IOL，前表面未經(jīng)處理，因其疏水而在術(shù)后早期更易黏附蛋白、炎癥細胞及代謝產(chǎn)物［9-10］；B組在疏水性材料的基礎(chǔ)上，表面附加了具有親水特性的聚乙二醇［11］，能夠降低IOL表面黏附性，排斥細胞、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的吸附，因此，植入后前房閃輝程度較低，炎癥反應(yīng)較輕，葡萄膜生物相容性較好。2組均在術(shù)后7 d前房閃輝最為明顯，至術(shù)后28 d基本消失，表明隨著血-房水屏障功能的修復(fù)與重建，因手術(shù)及異物引起的前房炎癥反應(yīng)也逐漸消退［12］。然而對于術(shù)前已有血-房水屏障受損的患者（如患者葡萄膜炎、假性剝脫綜合征、糖尿病等），更傾向于選擇植入具有良好葡萄膜生物相容性的IOL。

囊膜生物相容性是指殘留于晶狀體囊膜的晶狀體上皮細胞對IOL的創(chuàng)面愈合反應(yīng)，常用后囊膜混濁程度作為評價指標(biāo)［1］。本研究中，A組IOL后表面經(jīng)紫外線/臭氧處理，增加了其黏附性［13］，與后囊膜貼合緊密，可使已居于中間的晶狀體上皮細胞因缺少營養(yǎng)和機械性壓迫而死亡，亦阻礙了晶狀體上皮細胞從赤道部向后囊膜中央?yún)^(qū)遷移，故后囊膜混濁出現(xiàn)時間晚、程度輕，囊膜生物相容性較好。B組后囊膜混濁出現(xiàn)時間早，程度重，與LEE等［14］的研究結(jié)果一致。XU等［15］發(fā)現(xiàn)固定于IOL表面的親水性聚乙二醇對晶狀體上皮細胞的黏附作用小，可有效預(yù)防后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生，與本研究結(jié)果相反。LIN等［16］的體外細胞黏附實驗結(jié)果顯示，聚乙二醇處理的IOL不易黏附細胞、蛋白質(zhì)等，考慮是由于聚乙二醇分子長鏈有一定的排斥體積，能夠?qū)⒌鞍踪|(zhì)、細胞等生物大分子物質(zhì)推出其排斥體積之外，遠離材料表面。因此，聚乙二醇在排斥晶狀體上皮細胞黏附的同時，也排斥蛋白質(zhì)的黏附，導(dǎo)致IOL后表面與以膠原蛋白為主要組成成分的晶狀體后囊膜之間留有間隙，易于形成晶狀體上皮細胞遷移通道，使晶狀體上皮細胞得以沿后囊膜表面增殖并遷移，發(fā)展為后囊膜混濁。本研究中，術(shù)后28 d常規(guī)HE染色也從組織病理學(xué)角度證實了這一結(jié)果。后囊膜混濁的發(fā)生是多因素綜合作用的病理生理過程，生物組織與材料相互影響時程較長，影響因素較多，由晶狀體上皮細胞合成的膠原蛋白、房水中的炎性細胞因子及虹膜睫狀體中的色素上皮細胞等共同參與，現(xiàn)有技術(shù)手段還不能完全阻止其發(fā)生、發(fā)展，還需要進一步長期的研究，以尋找安全有效的方法預(yù)防后囊膜混濁。

IOL在晶狀體囊袋內(nèi)發(fā)生旋轉(zhuǎn)對矯正白內(nèi)障患者角膜散光的復(fù)合曲面IOL影響較大，眼科醫(yī)師常用IOL旋轉(zhuǎn)角度作為其在囊袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的觀察指標(biāo)［17］。本研究結(jié)果表明，A組IOL囊袋內(nèi)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性更優(yōu)越，磨砂化處理后的IOL袢表面粗糙，與囊膜接觸摩擦力增大，咬合緊密，有更大的力量抵抗IOL在囊袋內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。B組IOL旋轉(zhuǎn)主要發(fā)生在術(shù)后早期后囊膜尚無明顯混濁機化時，其光滑的袢表面對IOL旋轉(zhuǎn)抵抗力較弱，加之疏水性IOL后表面經(jīng)過聚乙二醇表面處理后，在一定程度上抵消了IOL材料本身對囊膜的黏附力，使得旋轉(zhuǎn)角度增加；術(shù)后14 d、28 d時后囊膜混濁程度逐漸加重，增殖機化的纖維膜填充了囊膜與IOL的間隙，IOL活動空間被壓制，因此反而增加了IOL在囊袋內(nèi)的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。關(guān)于兔眼IOL旋轉(zhuǎn)角度如何定位和測量的方法目前少見報道，本研究采用淺層鞏膜縫線進針點作為術(shù)中IOL袢標(biāo)記點，直至術(shù)后28 d所有兔眼淺層鞏膜縫線均未見脫落。

IOL的生物相容性與患者術(shù)后視覺質(zhì)量密切相關(guān)。隨著制造工藝的進步，IOL不斷推陳出新，分析和評價其生物相容性有助于為手術(shù)醫(yī)師選擇IOL提供參考依據(jù)。綜合考慮不同患者的眼部狀況，個性化植入適合的IOL，以獲得更好的視覺質(zhì)量，達到理想的手術(shù)預(yù)期。