疏水丙烯酸酯囊袋张力环的制作及其对晶状体上皮细胞生长和后囊膜混浊的抑制作用

王 珏 王于蓝 盛耀华

现代白内障囊外摘出和超声乳化术已成为白内障复明的首选方法。完整的后囊膜不仅为后房型人工晶状体的植入提供了支架，而且降低了术后视网膜脱离、黄斑囊样水肿、眼内炎的发生率，但同时也为人晶状体上皮细胞(human lens epithelial cells，HLEC)的增生提供了支架。后囊膜混浊(posterior capsule opacification，PCO)是白内障术后最常见的晚期并发症，也是引起术后远期视力下降的主要因素，文献报道成年人白内障术后1～5 a PCO的发生率为11.8% ～28.4%［1］。PCO的发生率与年龄呈负相关，年龄越轻发病率越高，儿童及青少年在白内障术后1 a内几乎100%发生PCO［2］，婴幼儿在术后数月即可发生。

Nd:YAG激光是目前治疗PCO最常用的有效方法，但仍会出现一定的并发症，且受到一定条件的制约，目前在很多发展中国家还不能很好开展，因此无论在医学上还是经济学上，如何有效预防PCO已成为眼科研究中的重要课题。

本实验中我们设计并制作了一种以疏水丙烯酸酯为材料、横截面为直角矩形的囊袋张力环(capsule tension ring，CTR)，希望利用该材料的特性及有效的矩形设计阻止晶状体上皮细胞向后囊膜表面的增殖，以达到降低PCO的目的。根据植入物生物相容性的测试标准，我们对该材料进行了细胞毒性试验、热原试验及眼刺激试验等的检测，并进行了体外细胞实验及动物实验，希望能为其在临床上的应用奠定一定的基础。

1 材料与方法

1.1 仪器 多功能车床(H11-1型，上海第十一机床厂);数控钻铣床(ZK-704A，上海航空机械公司);倒置显微镜(Olympus CK-40，日本);Heraeus CO2培养箱(德国);Heraeus净化工作台(德国);手术显微镜(TAKAGI OM-10，日本);超声乳化仪(NIDEK CV-7000，日本)。

1.2 材料 甲基丙烯酸甲酯(分析纯)、甲基丙烯酸(分析纯)、丙烯酸(分析纯)、苯乙醇(分析纯)均购自中国医药(集团)上海化学试剂公司;DMEM培养基、L-谷氨酰胺、胎牛血清(fetal bovine serum，FBS)购自美国 Gibco公司;胰蛋白酶购自美国 Sigma公司。

1.3 疏水丙烯酸酯合成及CTR设计制作 将甲基丙烯酸苯乙酯和丙烯酸苯乙酯聚合固化合成疏水丙烯酸酯，根据国外相关资料［3］，加工成开放直径12.5 mm，闭合直径10.5 mm，高度0.2 mm，宽度0.5 mm的CTR，两端有孔便于操作。

1.4 疏水丙烯酸材料生物相容性测试 对所合成材料进行细胞毒性试验、热原试验、眼刺激试验等生物相容性测试［4］。

1.5 HLEC体外培养 取材于55～65岁老年性白内障患者连续环形撕囊后的前囊膜片，将其剪成大小约1.0 mm×1.0 mm的组织块，移入50 mL培养瓶中，置于培养箱(体积分数5%CO2，37℃)。24 h后，当组织块稍干，开始贴壁时，加入1～2 mL培养液。在倒置显微镜下有细胞从组织块边缘长出后，再加入适量培养液继续培养。3～4 d换液1次，当细胞生长接近融合时(图1)，用0.4 g·L－1EDTA和2.5 g·L－1胰蛋白酶等量混合液消化传代。

Figure 1 Nearly fused primary HLEC 生长接近融合的原代HLEC

1.6 HLEC在张力环内接种 取1 mL第2代HLEC悬液放入张力环内，保证细胞悬液不超过环的高度，将培养皿小心置于培养箱内，24 h后倒置显微镜下观察细胞贴壁后，加入适量的含体积分数15% FBS的DMEM将整个环覆盖，继续培养并进行观察。

1.7 动物实验 选取标准动物青紫兰兔8只，体质量2.0～2.5 kg，雌雄不分。按随机化原则分为2组，每组4只兔第1组为CTR植入组(实验组)，行白内障超声乳化联合CTR植入术;第2组为手术对照组，单纯行白内障超声乳化术。手术由专人按同一方法施行，术中如发生后囊膜破裂、玻璃体溢出等并发症，或术后出现眼内感染等异常情况可能影响实验结果者剔除。

2 结果

2.1 生物相容性 试品组细胞毒性为1级;热原试验显示家兔试品组个体升温均在0.6℃以下，且升温总值为0.1℃;眼刺激试验显示家兔试品组受试眼未见有异常反应，根据医疗器械生物学评价标准，均符合要求。

2.2 CTR体外作用 没有细胞在环上生长或越过环向外生长(图2)，而未放入CTR的培养皿中细胞很快就长满皿底。

2.3 动物试验 术后1～7 d所有兔眼均出现不同程度的渗出，经散瞳抗炎治疗后，1～2周所有兔眼前房内的渗出都基本吸收。术后1个月实验组所有兔眼的后囊膜均保持清晰(图3)，而对照组的兔眼出现不同程度的PCO(图4)。

3 讨论

CTR目前在临床上主要应用于外伤、晶状体脱位、睫状小带松弛或断裂等病例，协助维持囊袋的稳定。但研究发现，植入CTR还可以防止晶状体上皮细胞的增生与移行，预防PCO的发生［5-7］。

Figure 2 More HLEC were seen in CTR but no HLEC on or out of CTR 张力环内细胞数量较多，未见有细胞在环上生长或越过环向外生长

Figure 3 Posterior capsular membrane in experimental group at postoperative 1 month 实验组术后1个月后囊膜

Figure 4 Posterior capsular membrane in control group at postoperative 1 month 对照组术后1个月后囊膜

目前国内外应用的CTR边缘多为直角矩形设计，有利于在囊袋赤道部形成不连续的弯曲对晶状体移行产生接触抑制，可以有效地预防PCO［8］，临床上也证实光学面直角矩形设计的人工晶状体可以明显降低PCO的发生［9］。我们的CTR也采用了直角矩形设计，而在材料选择方面，目前的CTR主要为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)，考虑到PMMA材料的人工晶状体对HLEC的黏附性最强，术后PCO发生率较高，我们选择了疏水丙烯酸材料，作为一种新型的软性人工晶状体材料，疏水丙烯酸具有较理想的生物相容性，对细胞没有毒性，与后囊膜(Ⅳ型胶原)具有高亲和力，且可使晶状体上皮细胞在其表面形成一单细胞层并最大限度维持上皮表型，很少向成纤维细胞转化［10］，使人工晶状体光学部与后囊膜和单层上皮细胞紧密相贴，与亲水性丙烯酸材料人工晶状体相比，PCO的发生率显著降低［11-12］。

本研究中我们观察了疏水丙烯酸酯CTR在体外对HLEC移行的影响以及兔眼中PCO的发生情况，结果证实其对HLEC的移行具有机械屏障作用，术后1个月实验组所有兔眼的后囊膜均保持清晰，而对照组的兔眼出现不同程度的PCO。因此我们认为疏水丙烯酸材料直角矩形设计的CTR可以更加有效地预防PCO，今后需要长期的临床观察与实践来进一步评价。

1 Schaumberg DA，Dana MR，Christen WG，Glynn RJ.A systematic overview of the incidence of posterior capsule opacification［J］.Ophthalmology，1998，105(7):1213-1221.

2 Pandey SK，Wilson ME，Trivedi RH，Izak AM，Macky TA，Werner L，et al.Pediatric cataract surgery and intraocular lens implantation:current techniques，complications，and management［J］.Int Ophthalmol Clin，2001，41(3):175-196.

3 Nishi O，Nishi K，Mano C，Ichihara M，Honda T.The inhibition of lens epithelial cell migration by a discontinuous capsular bend created by a band-shoped circular loop or a capsular-bending ring［J］.Ophthalmic Surg Lasers，1998，29(2):119-125.

4 中国出版社第一编辑室.医疗器械生物学评价［C］.北京:中国标准出版社，2001:17-19.

5 Pandey SK，Cochener B，Apple DJ，Colin J，Werner L，Bougaran R，et al.Intracapsular ring sustained 5-fluorouracil delivery system for the prevention of posterior capsule opacification in rabbits［J］.J Cataract Refract Surg，2002，28(1):139-148.

6 Kim JH，Kim H，Joo CK.The effect of capsular tension ring on posterior capsular opacity in cataract surgery［J］.Korean J Ophthalmol，2005，19(1):23-28.

7 彭华琮，袁 媛，刘保松.晶状体囊袋张力环植入对高度近视白内障术后后发性白内障发生的影响［J］.眼科新进展，2010，30(11): 1065-1067.

8 Nishi O，Yamamoto N，Nishi K，Nishi Y.Contact inhibition of migrating lens epithelial cells at the capsular bend created by a sharp-edged intraoular lens after cataract surgery［J］.J Cataract Refract Surg，2007，33(6):1065-1070.

9 Maddula S，Werner L，Ness PJ，Davis D，Zaugg B，Stringham J，et al.Pathology of 157 human cadaver eyes with round-edged or modern square-edged silicone intraocular lenses:analyses of capsule bag opacification［J］.J Cataract Refract Surg，2011，37 (4):740-748.

10 Yah Q，Perdue N，Sage EH.Differential responses of human lens epithelial cells to intraocular lenses in vitro:hydrophobic acrylic versus PMMA or silicone discs［J］.Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，2005，243(12):1253-1262.

11 Iwase T，Nishi Y，Oveson BC，Jo YJ.Hydrophobic versus doublesquare-edged hydrophilic foldable acrylic intraocularlens:effect on posterior capsule opacification［J］.J Cataract Refract Surg，2011，37(6):1060-1068.

12 Vasavada AR，Raj SM，Shah A，Shah G，Vasavada V.Comparison of posterior capsule opacification with hydrophobic acrylic and hydrophilic acrylic intraocular lenses［J］.J Cataract Refract Surg，2011，37(6):1050-1059.