表面修饰疏水性丙烯酸酯人工晶状体表面超微结构的观察△

王桂琴 曹利群 李娜 彭秀军 唐慧琴 董亚利 顾汉卿

白内障为全球致盲眼病之首，手术摘出联合人工晶状体植入术是目前恢复视力的最佳方法。人工晶状体植入眼内其生物相容性受到临床医师的极大重视，疏水性丙烯酸酯人工晶状体是临床多数医师选择的人工晶状体，由于其疏水而具有优异的囊膜生物相容性;但由于其疏水，表面易黏附细胞及代谢物，影响了葡萄膜的生物相容性［1］。为了进一步提高疏水性丙烯酸酯人工晶状体葡萄膜的生物相容性，本研究采用表面修饰技术对疏水性丙烯酸酯人工晶状体表面进行亲水基团乙烯基吡咯烷酮单体及氧化钛的前表面修饰，并植入兔眼，于术后90 d观察人工晶状体表面超微结构的变化。

1 材料与方法

1.1 材料 人工晶状体:疏水性丙烯酸酯人工晶状体。动物:新西兰白兔13只(26眼)，均为雄性，兔龄3～4个月，平均体质量2.35 kg，海军总医院动物室提供并饲养。随机分为3组:未修饰组(9眼)，进行超声乳化晶状体摘出术，植入未修饰疏水性丙烯酸酯人工晶状体;氧化钛修饰组(8眼)，进行超声乳化晶状体摘出术，植入氧化钛修饰的疏水性丙烯酸酯人工晶状体;乙烯基吡咯烷酮单体(monomer vinyl pyrrolidone，NVP)修饰组(9眼)，进行超声乳化晶状体摘出术，植入乙烯基吡咯烷酮单体修饰的疏水性丙烯酸酯人工晶状体。

1.2 方法

1.2.1 扫描电镜样本制备 样品为未植入兔眼的3组人工晶状体以及术后90 d摘除眼球取出的3组人工晶状体，即刻投入体积分数2.5%戊二醛固定液内(含30 g·L-1多聚甲醛，以二甲砷酸钠缓冲液配制，pH 7.2)作前固定，以同样缓冲液涮洗后，以10 g·L-1四氧化锇溶液作后固定，梯度乙醇脱水，于HCP-Ⅱ型临界点干燥装置行二氧化碳临界点干燥，IB-Ⅲ型离子溅射仪金靶溅射，金离子溅射厚度为5～10 nm。

1.2.2 扫描电镜观察 采用日本岛津生产的 SS-550型扫描电子显微镜对表面改性前后的疏水性丙烯酸酯人工晶状体进行形貌观察。于JSM-6510扫描电镜下观察人工晶状体兔眼植入术后人工晶状体表面超微结构的变化。

2 结果

2.1 人工晶状体修饰表面 通过扫描电镜可观察到，虽然未修饰组未改性的疏水性丙烯酸酯人工晶状体在低倍镜下观察十分光滑，但是在10 000倍扫描电子显微镜下可见表面起伏具有层次，有很多断面断层，凹凸不平，呈现粗糙结构，并且还有比较大的孔隙。氧化钛修饰组氧化钛样品的表面与未修饰人工晶状体的表面相比，光滑了很多，氧化钛薄膜包覆在凹凸不平的断层断面上，表面空隙减少。NVP修饰组是使用400 eV氩离子轰击、经过50%NVP接枝的疏水性丙烯酸酯人工晶状体，可以发现与氧化钛修饰组相比，其表面更加平整、光滑、均匀，没有凹凸感(图1)。

Figure 1 IOL under scanning electron microscope among three groups.A:Non-modified IOL;B:TiO2 modified IOL;C:NVP modified IOL 3组人工晶状体扫描电镜观察结果。A:未修饰组;B:氧化钛修饰组;C:NVP修饰组

2.2 人工晶状体体内植入摘出后表面 扫描电镜结果显示，未修饰组人工晶状体表面有呈地图样蛋白膜附着物，还有成簇的各类型细胞，多见于人工晶状体周边部，细胞多为巨噬细胞，大小及形态多样:蝌蚪形、哑铃形、荷包蛋样、方巾形、多边形等;较年轻的细胞呈类球形，铺片面积小，或细胞一侧有鱼尾样细胞足伸出铺片;而后细胞呈荷包蛋样，胞质扩展为裙摆样延展在细胞周边，菲薄的胞膜边缘有长短不一的丝状足伸出;较老的铺片细胞面积变大，细胞质部分变薄，细胞呈扁平多边形、方巾形。所有细胞表面都存在丰富的短小微绒毛(图2-图4)。

Figure 2 Cells and protein membrane adhered to the surface of non-modified IOL.图2 未修饰组人工晶状体表面蛋白膜及各类细胞。

Figure 3 Kinds of cells adhered to the surface of non-modified IOL.图3未修饰组人工晶状体表面各类细胞黏附。

Figure 4 Adhered macrophage had many long and thin cytoplasmic synapsis图4 巨噬细胞胞质边缘向外呈放射状伸出无数细长的丝状足

氧化钛修饰组人工晶状体大部分表面光滑，有形状不规则的蛋白膜残迹，局部见到活化的巨噬细胞散在(图5)。NVP修饰组人工晶状体表面大部分光滑，可见少量蛋白颗粒附着，稀疏地存在数个球形未活化细胞(图6)。

Figure 5 Less macrophages and membrane remnants adhered to the surface of TiO2 modified IOL.图5 氧化钛修饰组人工晶状体表面蛋白膜残迹及巨噬细胞散在。

Figure 6 Few cells and proteinic granularity adhered to the surface of NVP modified IOL图6 NVP修饰组人工晶状体表面蛋白颗粒及稀疏地存在数个球形未活化细胞

3 讨论

生物相容性是指生命体组织对非活性材料产生反应的一种性能［2-3］。人工晶状体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状体植入体内与角膜、虹膜组织的反应。疏水性丙烯酸酯人工晶状体由于其表面疏水，黏附性强，植入体内与后囊膜黏附紧密，可以阻止其残余晶状体上皮细胞的增生，减少其后发性白内障的发生，因而具有较好的囊膜相容性。然而，由于其表面疏水，植入体内首先与角膜的接触易引起角膜的病变，同时由于其黏附性强，人工晶状体表面易黏附细胞及代谢产物，影响其远期的透明性。进一步研究人工晶状体材料应该着重于同时最大限度地提高人工晶状体葡萄膜和晶状体囊膜的生物相容性。一方面，我们需要植入的人工晶状体较少刺激葡萄膜反应，而另一方面需要抑制晶状体上皮细胞的增生［6-9］。因此，本研究为了使疏水性丙烯酸酯人工晶状体具有更好的生物相容性，我们采用表面修饰技术对人工晶状体进行单面亲水材料的处理，结果显示:在改性处理后，材料表面微观结构由粗糙的凹凸断层断面与坑洼结构变得平整、均匀、圆滑，有细小的密纹，正是这种表面结构和乙烯基吡咯烷酮单体覆盖膜、氧化钛膜使得疏水性丙烯酸人工晶状体的表面具有亲水性。经表面处理的人工晶状体表面更光滑均匀，更光滑的表面不易黏附细胞及细菌，因而减少了细胞及代谢产物的黏附。我们植入兔眼术后90 d进行人工晶状体表面超微结构的观察分析也证实，人工晶状体表面黏附细胞主要是多种类型及分化程度不同的巨噬细胞，并且修饰后人工晶状体表面黏附细胞少于未修饰人工晶状体表面。同时研究表明，NVP修饰的人工晶状体表面更均匀、光滑以及植入兔眼后人工晶状体表面显示黏附细胞少，呈现出更优异的表面性能。

人工晶状体植入体内首先引起血-房水屏障破坏，炎性细胞及蛋白进入前房，随着血-房水屏障的修复，人工晶状体作为植入物引起异物反应，出现巨噬细胞和淋巴细胞。长期的术后炎症是人工晶状体的异物免疫反应，是巨噬细胞和巨细胞的表达［10-11］。本实验结果显示，术后90 d人工晶状体表面黏附细胞多为巨噬细胞，为人工晶状体异物排异反应。人工晶状体表面的异物反应作为人工晶状体生物相容性的指标，也是评价葡萄膜生物相容性的最重要的因素。

表面改性后的人工晶状体表面更光滑均匀，减少了其表面的细胞黏附，改性后的丙烯酸酯人工晶状体提高了其葡萄膜的生物相容性，将具有更广泛的临床应用，同时表明本研究采用的表面修饰技术是一种有效的方法。

1 Abela-Formanek C，Amon M，Kahraman G，Schauerberger J，Dunavoelgyi R.Biocompatibility of hydrophilic acrylic，hydrophobic acrylic，and silicone intraocular lenses in eyes with uveitis having cataract surgery:Long-term follow-up［J］.J Cataract Refract Surg，2011，37(1):104-112.

2 Werner L.Biocompatibility of intraocular lens materials［J］.Curr Opin Ophthalmol，2008，19(1):41-49.

3 杨晓芳，奚廷斐.生物材料生物相容性评价研究进展［J］.生物医学工程学杂志，2001，18(1):123-128.

4 Roesel M，Heinz C，Heimes B，Koch JM，Heiligenhaus A.Uveal and capsular biocompatibility of two foldable acrylic intraocular lenses in patients with endogenous uveitis--a prospective randomized study［J］.Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，2008，246(11):1609-1615.

5 Espandar L，Sikder S，Moshirfar M.Softec HD hydrophilic acrylic intraocular lens:biocompatibility and precision［J］.Clin Ophthalmol，2011，5(1):65-70.

6 Teichmann KD.Biocompatibility［J］.J Cataract Refract Surg，2003，29(8):1470-1472.

7 Kao EC，McCanna DJ，Jones LW.Utilization of in vitro methods to determine the biocompatibility of intraocular lens materials［J］.Toxicol In Vitro，2011，25(8):1906-1911.

8 Słowiński K，Misiuk-Hojło M，Szaliński M.Influence of material on biocompatibility of intraocular lenses［J］.Polim Med，2007，37(1):35-45.

9 Menzies KL，Jones L.The impact of contact angle on the biocompatibility of biomaterials［J］.Optom Vis Sci，2010，87(6):387-399.

10 Okajima Y，Saika S，Sawa M.Effects of surface modification on foreign body reaction of intraocular lenses［J］.Nippon Ganka Gakkai Zasshi，2005，109(5):267-273.

11 陈学国，张效房，何守志.汉防己甲素抑制人工晶状体表面细胞的反应［J］.中国康复，2004，19(6):322-323.