人工晶状体材料和设计的生物适应性

缺点：由于PHEMA 具有网状结构，可使水分子、离子以 及小分子物质自由通过，同时也易使排泄及污染物存留， 发生迟发性钙沉积，使其透明度降低。此外，还有羟基磷 灰石导致混浊的现象，从而引起视力下降，可能是眼内代 谢产物钙、磷沉积导致。
硅ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胶
硅凝胶是一种聚甲基硅氧烷，是疏水性材料。
优点：热稳定性好，耐高温、高压，可进行高压煮沸消毒； 抗老化性好；可折叠；比重为1.04，是我国最早生产的软 性人工晶状体材料。
缺点：其易被镊子损伤产生划痕；其高折射率可 使患者术后眩光等不良现象增加。
亲水 vs 疏水
两类IOL材料诱导LECs的病理变化的规律为： 在亲水性IOL表面，增生的LECs能够长期存 活，变性、纤维化较轻；而在疏水的IOL表 面，增生的LECs会较早地发生较重的变性、 纤维化。
由于LECs分布的解剖学差异，导致了同一 IOL材料诱发的ACO和PCO 的不同。
人工晶状体作为医用生物材料，植入眼内 后直接与眼内组织、蛋白以及炎性介质相 互作用，引起一系列生物相容性问题。
生物相容性的影响因素
生物相容性包括了材料的许多特性：细胞 毒性、组织相容性、血液相容性。
生物材料的表面设计影响着生物体与移植 材料的界面。
生物材料的化学结构和表面特性影响着材 料的生物相容性，包括界面自由能、表面 亲疏水的平衡、表面电荷、化学结构和功 能基团、分子量、多聚物的可伸缩性、表 面形态结构和粗糙度等。
影响因素：手术操作技术；手术前后的治 疗手段；IOL的材料和设计；宿主对IOL的 反应。
IOL诱导的炎性细胞反应
主要由巨噬细胞造成，也包括小圆细胞、 巨细胞的反应。可以认为它是异物巨细胞 对IOL的反应，同时也可以作为IOL生物相 容性的重要指针。
单核细胞和巨噬细胞从葡萄膜血管移行到 前房，沉着在IOL表面。单核细胞转变为小 圆细胞，巨噬细胞转变成上皮细胞和吞噬 碎屑、细菌的异物巨细胞。这些细胞反应 说明了异物反应的免疫过程。
人工晶状体的相容性
葡萄膜相容性( uveal biocompatibility) 是IOL与虹膜、睫状体和前部脉络膜的反应所引发 的早期和迟发的异物反应的强弱，即巨噬细胞等 炎性细胞在IOL前表面的粘附程度；
囊膜相容性( capsular biocompatibility) 是IOL引发的晶状体上皮细胞增生反应的强弱，包 括IOL前表面的LECs增生膜，前囊膜混浊(ACO )， 后囊膜混浊(PCO) 和囊膜皱缩的程度。
机理：白内障手术破坏了LECs及囊膜的完 整性，诱发了晶状体自身的创伤愈合反应， 产生上皮细胞增生和细胞外基质的重新构 建。
术后囊膜混浊的本质
是组织修复和晶体上皮细胞再生的过程
囊膜相容性的表现
IOL植入囊袋并与残余LECs接触， LECs增 殖延伸于后囊、前囊和IOL表面形成ACO、 PCO和囊的收缩。
IOL诱导的炎性细胞反应
异物巨细胞
血-房水屏障
血-房水屏障受到IOL本身及其它因素的影响，如 眼部存在的病变、眼手术创伤和手术前是否治疗。
实验证实，小圆细胞在术后1周达高峰，3-6个月 后逐渐降低，这与血-房水屏障的破坏与修复的过 程一致。
血-房水屏障破坏，引起蛋白渗漏并吸附在IOL表 面。这层蛋白膜由多种蛋白组成，它的组成又受 到IOL材料的影响，而这层膜又影响IOL表面细胞 的黏附与移行。
LECs与PCO
TGFβ与组织纤维化
前囊膜混浊
晶体前囊膜下和赤道部有一层LECs。ACO 出现在前囊膜和IOL光学部接触的部位，呈 环形围绕撕囊口。
Werner指出，silicone IOL引发的ACO 重于 PMMA和acrylic IOL。
2003 年，Saika对PMMA，silicone，acrylic和 hydrogel等4种IOL作了临床病理学的对比研 究。光镜及电镜下可见：囊膜下聚集了纤 维母细胞样的LECs和胞外基质。
囊膜皱缩
capsule contraction or shrinkage
是环形撕囊后出现的并发症。
撕囊口明显的缩小和晶体囊膜赤道直径的 缩小。认为囊膜皱缩是囊膜纤维化产生的 向心力与悬韧带向外牵拉的力量之间的不 平衡造成的。
它与悬韧带的力量，撕囊口的大小，残留 的LECs 的量，植入IOL 的直径、袢的硬度 有关。
亲水性IOL与PCO
亲水的IOL发生PCO的病理过程完全不同。 由于亲水的IOL对LECs的刺激作用不大，
LEC s变性较轻，因此LECs会长满整个后囊 膜，特点为：PCO 的范围较广但是程度较 轻。尽管程度轻，但因为IOL的后表面光学 中心部是眼的光学结点，因而会影响视觉 质量。
亲水性IOL与PCO
LECs
LECs与PCO
IOL植入囊袋后，LECs从前囊边缘向IOL的 光学部蔓延，是囊混浊重要的致病因素。
LECs表达的细胞因子可引起LECs在囊与 IOL表面的增生与化生，形成前囊纤维化的 前囊混浊、从撕囊边缘向人工晶状体表面 的增殖膜、晶状体纤维变性形成的 Sommerring环和珍珠小体。
Amon M. Biocompatibility of intraocular lenses (letter).J Cataract Refract Surg 2001; 27:178–179
葡萄膜相容性
术后早期的炎症反应：主要源于手术对前 葡萄膜的激惹，引起血-房水屏障的改变；
术后晚期的炎症反应：源自免疫反应的结 果。
缺点：①韧性差，抗拉力和抗撕力差；②屈光指数较 PMMA小，同等屈光度较PMMA IOL 要厚；③生物相容性 相对差，易产生静电效应，使空气中的微粒及眼内代谢产 物容易黏附在晶状体表面，且易与硅油黏附。可影响术后 人工晶状体的透明度和透光率。④疏水性较强，表面易黏 附炎症细胞、细菌等；⑤硅凝胶遇水后表面较滑, 给植入 带来困难。
IOL偏心偏位
聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )
聚甲基丙烯酸甲酯，其材料稳定、质轻、透明度 好，屈光指数1. 49，为疏水性材料；有较好的抗 老化和抗环境变化特性，较好的抗酸、碱和抗有 机溶剂特性及良好的生物相容性，不被机体的生 物氧化反应所降解。
缺点：不耐高温、高压，多用环氧己烷气体消毒； 弹性有限，不能制造可折叠人工晶状体；对YAG 激光耐受有限，而且激光治疗后释放的单体具有 生物毒性。
生物材料的一般性能要求
生物相容性 包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无不良 反应，活体组织不发生炎症、排拒、致癌等。
力学性能 材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满 足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。
耐生物老化性能 材料在活体内要有较好的化学稳定性，能长期使用，在发 挥其医疗功能的同时还要耐生物腐蚀、耐生物老化。
Hollick发现：亲水性IOL的PCO 有一个发展 的趋势。IOL植入后，很快就可以观察到 IOL 与后囊膜间，有一层LECs出现，开始 很薄且形状不规则，随着时间的推移逐渐 变厚、变致密，形成Elschnig pearls等，影响 视力。
对比敏感度研究：术后2 年，hydrogel的对 比敏感度比silicone和PMMA 的患者都差， 尽管他们的矫正视力差异不显著。
人工晶状体与晶状体囊和上皮细胞的直接 接触会引起许多介质参与的前后囊的混浊。
晶状体上皮细胞
LECs有两种形状，一种是前部的立方形上 皮细胞，另一种是赤道部弓形细胞。
LECs与生物材料的接触后可产生细胞外基 质蛋白。
细胞外基质蛋白在晶状体囊与LECs之间以 及LECs与IOL之间作为一种黏和剂，阻止 LECs的增生。
人工晶状体的生物相容性
Biocompatibility of intraocular lenses
天津市眼科医院 天津医科大学眼科临床学院
马忠旭
Biocompatibility?
“ the capability of a prosthesis implanted in the body to exist in harmony with tissue without causing deleterious changes. ”
阈值与疏水性丙烯酸酯相仿，同时亦具有伸展缓 慢等特点，容易操作。
亲水性丙烯酸酯
亲水性丙烯酸酯是HEMA 与甲基丙烯酸甲酯MMA 通过化学交联共聚结合而成；
优点：既具有良好的机械性能和光学性能、耐高 温，IOL 可脱水植入，又具有良好的弹性和亲水 性、折叠时不易产生划痕，可减少异物反应；
缺点：① 其富含渗水性，眼内代谢物可进入内部 而黏附污染，影响其透明度，IOL 内部发生有钙 等物质混浊的报道；②其亲水表面给细胞的增生 和迁移提供了合适的基质，LECs在此表面增生的 发生率较高，但宿主抗异体细胞反应较轻，较少 发生巨细胞和上皮样细胞的沉积。
疏水性丙烯酸酯
疏水性Acrylic 是由苯乙烯基丙烯酸甲酯( MMA ) 、 苯乙基丙烯酸酯(HEMA) 及其他交联体聚合而成 的一类多聚物。
优点：①可被高度纯化，性质稳定，透明性极佳。 ②屈光指数为1. 544，较PMMA 高，可做成更薄的 IOL；③表面黏性较大，使其更易黏附于囊袋内， 使后囊与视区紧密接触，阻止晶状体上皮细胞的 移行，后发障发生率也低；④丙烯酸酯对硅油的 黏附性远小于硅凝胶IOL。
International Dictionary of Medicine and Biology, Vol 1.New York, NY, Churchill Livingstone, 1986
生物相容性
生物相容性：植入生物体内的材料理化性 质稳定，能够与机体组织和谐共处，对机 体无毒副作用，无刺激性，不引起机体的 免疫反应。
聚丙烯酸酯
甲基丙烯酸的长链脂类聚合物与它和丙烯酸的共 聚物统称为聚丙烯酸酯类聚合物。