表面修飾疏水性丙烯酸酯人工晶狀體表面超微結(jié)構(gòu)的觀察△

王桂琴 曹利群 李娜 彭秀軍 唐慧琴 董亞利 顧漢卿

白內(nèi)障為全球致盲眼病之首，手術(shù)摘出聯(lián)合人工晶狀體植入術(shù)是目前恢復(fù)視力的最佳方法。人工晶狀體植入眼內(nèi)其生物相容性受到臨床醫(yī)師的極大重視，疏水性丙烯酸酯人工晶狀體是臨床多數(shù)醫(yī)師選擇的人工晶狀體，由于其疏水而具有優(yōu)異的囊膜生物相容性;但由于其疏水，表面易黏附細(xì)胞及代謝物，影響了葡萄膜的生物相容性［1］。為了進(jìn)一步提高疏水性丙烯酸酯人工晶狀體葡萄膜的生物相容性，本研究采用表面修飾技術(shù)對疏水性丙烯酸酯人工晶狀體表面進(jìn)行親水基團(tuán)乙烯基吡咯烷酮單體及氧化鈦的前表面修飾，并植入兔眼，于術(shù)后90 d觀察人工晶狀體表面超微結(jié)構(gòu)的變化。

1 材料與方法

1.1 材料 人工晶狀體:疏水性丙烯酸酯人工晶狀體。動(dòng)物:新西蘭白兔13只(26眼)，均為雄性，兔齡3～4個(gè)月，平均體質(zhì)量2.35 kg，海軍總醫(yī)院動(dòng)物室提供并飼養(yǎng)。隨機(jī)分為3組:未修飾組(9眼)，進(jìn)行超聲乳化晶狀體摘出術(shù)，植入未修飾疏水性丙烯酸酯人工晶狀體;氧化鈦修飾組(8眼)，進(jìn)行超聲乳化晶狀體摘出術(shù)，植入氧化鈦修飾的疏水性丙烯酸酯人工晶狀體;乙烯基吡咯烷酮單體(monomer vinyl pyrrolidone，NVP)修飾組(9眼)，進(jìn)行超聲乳化晶狀體摘出術(shù)，植入乙烯基吡咯烷酮單體修飾的疏水性丙烯酸酯人工晶狀體。

1.2 方法

1.2.1 掃描電鏡樣本制備 樣品為未植入兔眼的3組人工晶狀體以及術(shù)后90 d摘除眼球取出的3組人工晶狀體，即刻投入體積分?jǐn)?shù)2.5%戊二醛固定液內(nèi)(含30 g·L-1多聚甲醛，以二甲砷酸鈉緩沖液配制，pH 7.2)作前固定，以同樣緩沖液涮洗后，以10 g·L-1四氧化鋨溶液作后固定，梯度乙醇脫水，于HCP-Ⅱ型臨界點(diǎn)干燥裝置行二氧化碳臨界點(diǎn)干燥，IB-Ⅲ型離子濺射儀金靶濺射，金離子濺射厚度為5～10 nm。

1.2.2 掃描電鏡觀察 采用日本島津生產(chǎn)的 SS-550型掃描電子顯微鏡對表面改性前后的疏水性丙烯酸酯人工晶狀體進(jìn)行形貌觀察。于JSM-6510掃描電鏡下觀察人工晶狀體兔眼植入術(shù)后人工晶狀體表面超微結(jié)構(gòu)的變化。

2 結(jié)果

2.1 人工晶狀體修飾表面 通過掃描電鏡可觀察到，雖然未修飾組未改性的疏水性丙烯酸酯人工晶狀體在低倍鏡下觀察十分光滑，但是在10 000倍掃描電子顯微鏡下可見表面起伏具有層次，有很多斷面斷層，凹凸不平，呈現(xiàn)粗糙結(jié)構(gòu)，并且還有比較大的孔隙。氧化鈦修飾組氧化鈦樣品的表面與未修飾人工晶狀體的表面相比，光滑了很多，氧化鈦薄膜包覆在凹凸不平的斷層斷面上，表面空隙減少。NVP修飾組是使用400 eV氬離子轟擊、經(jīng)過50%NVP接枝的疏水性丙烯酸酯人工晶狀體，可以發(fā)現(xiàn)與氧化鈦修飾組相比，其表面更加平整、光滑、均勻，沒有凹凸感(圖1)。

Figure 1 IOL under scanning electron microscope among three groups.A:Non-modified IOL;B:TiO2 modified IOL;C:NVP modified IOL 3組人工晶狀體掃描電鏡觀察結(jié)果。A:未修飾組;B:氧化鈦修飾組;C:NVP修飾組

2.2 人工晶狀體體內(nèi)植入摘出后表面 掃描電鏡結(jié)果顯示，未修飾組人工晶狀體表面有呈地圖樣蛋白膜附著物，還有成簇的各類型細(xì)胞，多見于人工晶狀體周邊部，細(xì)胞多為巨噬細(xì)胞，大小及形態(tài)多樣:蝌蚪形、啞鈴形、荷包蛋樣、方巾形、多邊形等;較年輕的細(xì)胞呈類球形，鋪片面積小，或細(xì)胞一側(cè)有魚尾樣細(xì)胞足伸出鋪片;而后細(xì)胞呈荷包蛋樣，胞質(zhì)擴(kuò)展為裙擺樣延展在細(xì)胞周邊，菲薄的胞膜邊緣有長短不一的絲狀足伸出;較老的鋪片細(xì)胞面積變大，細(xì)胞質(zhì)部分變薄，細(xì)胞呈扁平多邊形、方巾形。所有細(xì)胞表面都存在豐富的短小微絨毛(圖2-圖4)。

Figure 2 Cells and protein membrane adhered to the surface of non-modified IOL.圖2 未修飾組人工晶狀體表面蛋白膜及各類細(xì)胞。

Figure 3 Kinds of cells adhered to the surface of non-modified IOL.圖3未修飾組人工晶狀體表面各類細(xì)胞黏附。

Figure 4 Adhered macrophage had many long and thin cytoplasmic synapsis圖4 巨噬細(xì)胞胞質(zhì)邊緣向外呈放射狀伸出無數(shù)細(xì)長的絲狀足

氧化鈦修飾組人工晶狀體大部分表面光滑，有形狀不規(guī)則的蛋白膜殘跡，局部見到活化的巨噬細(xì)胞散在(圖5)。NVP修飾組人工晶狀體表面大部分光滑，可見少量蛋白顆粒附著，稀疏地存在數(shù)個(gè)球形未活化細(xì)胞(圖6)。

Figure 5 Less macrophages and membrane remnants adhered to the surface of TiO2 modified IOL.圖5 氧化鈦修飾組人工晶狀體表面蛋白膜殘跡及巨噬細(xì)胞散在。

Figure 6 Few cells and proteinic granularity adhered to the surface of NVP modified IOL圖6 NVP修飾組人工晶狀體表面蛋白顆粒及稀疏地存在數(shù)個(gè)球形未活化細(xì)胞

3 討論

生物相容性是指生命體組織對非活性材料產(chǎn)生反應(yīng)的一種性能［2-3］。人工晶狀體生物相容性包括葡萄膜生物相容性和囊膜生物相容性［4-5］。葡萄膜生物相容性是人工晶狀體植入體內(nèi)與角膜、虹膜組織的反應(yīng)。疏水性丙烯酸酯人工晶狀體由于其表面疏水，黏附性強(qiáng)，植入體內(nèi)與后囊膜黏附緊密，可以阻止其殘余晶狀體上皮細(xì)胞的增生，減少其后發(fā)性白內(nèi)障的發(fā)生，因而具有較好的囊膜相容性。然而，由于其表面疏水，植入體內(nèi)首先與角膜的接觸易引起角膜的病變，同時(shí)由于其黏附性強(qiáng)，人工晶狀體表面易黏附細(xì)胞及代謝產(chǎn)物，影響其遠(yuǎn)期的透明性。進(jìn)一步研究人工晶狀體材料應(yīng)該著重于同時(shí)最大限度地提高人工晶狀體葡萄膜和晶狀體囊膜的生物相容性。一方面，我們需要植入的人工晶狀體較少刺激葡萄膜反應(yīng)，而另一方面需要抑制晶狀體上皮細(xì)胞的增生［6-9］。因此，本研究為了使疏水性丙烯酸酯人工晶狀體具有更好的生物相容性，我們采用表面修飾技術(shù)對人工晶狀體進(jìn)行單面親水材料的處理，結(jié)果顯示:在改性處理后，材料表面微觀結(jié)構(gòu)由粗糙的凹凸斷層斷面與坑洼結(jié)構(gòu)變得平整、均勻、圓滑，有細(xì)小的密紋，正是這種表面結(jié)構(gòu)和乙烯基吡咯烷酮單體覆蓋膜、氧化鈦膜使得疏水性丙烯酸人工晶狀體的表面具有親水性。經(jīng)表面處理的人工晶狀體表面更光滑均勻，更光滑的表面不易黏附細(xì)胞及細(xì)菌，因而減少了細(xì)胞及代謝產(chǎn)物的黏附。我們植入兔眼術(shù)后90 d進(jìn)行人工晶狀體表面超微結(jié)構(gòu)的觀察分析也證實(shí)，人工晶狀體表面黏附細(xì)胞主要是多種類型及分化程度不同的巨噬細(xì)胞，并且修飾后人工晶狀體表面黏附細(xì)胞少于未修飾人工晶狀體表面。同時(shí)研究表明，NVP修飾的人工晶狀體表面更均勻、光滑以及植入兔眼后人工晶狀體表面顯示黏附細(xì)胞少，呈現(xiàn)出更優(yōu)異的表面性能。

人工晶狀體植入體內(nèi)首先引起血-房水屏障破壞，炎性細(xì)胞及蛋白進(jìn)入前房，隨著血-房水屏障的修復(fù)，人工晶狀體作為植入物引起異物反應(yīng)，出現(xiàn)巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞。長期的術(shù)后炎癥是人工晶狀體的異物免疫反應(yīng)，是巨噬細(xì)胞和巨細(xì)胞的表達(dá)［10-11］。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，術(shù)后90 d人工晶狀體表面黏附細(xì)胞多為巨噬細(xì)胞，為人工晶狀體異物排異反應(yīng)。人工晶狀體表面的異物反應(yīng)作為人工晶狀體生物相容性的指標(biāo)，也是評價(jià)葡萄膜生物相容性的最重要的因素。

表面改性后的人工晶狀體表面更光滑均勻，減少了其表面的細(xì)胞黏附，改性后的丙烯酸酯人工晶狀體提高了其葡萄膜的生物相容性，將具有更廣泛的臨床應(yīng)用，同時(shí)表明本研究采用的表面修飾技術(shù)是一種有效的方法。

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