人工晶状体材料和设计的生物适应性

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
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. ”
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。
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。 具有稳定的惰性、光学透明性，其弹性较小，由 折叠状态到完全展开约需3~ 5秒，因此术中操作 比较安全。 分为亲水性及疏水性2种。 疏水性丙烯酸酯类人工晶状体，具有屈光指数高、 激光损伤阈值高、复位慢、易操作等优点。 亲水性丙烯酸酯材料, 屈光指数为1. 47，激光损伤 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。


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。
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。 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。


疏水IOL的PCO更轻，视敏度更好。 疏水的IOL，由于能诱导LECs迅速而明显的 变性，LECs在由IOL后表面周边向中心的迁 移过程中就会出现变性、纤维化、甚至死 亡，从而表现为囊膜周边的混浊程度较重， 但由于绝大部分LECs未能到达IOL中心部就 死亡了，因而IOL 光学中心还能保持良好 的透光性。因此，疏水IOL 其PCO的形成， 表现为一个向心的形成过程。
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。
IOL材料与异物反应

亲水性IOL比疏水性IOL有较少的细胞黏附， 也说明细胞黏附与IOL的表面特性有关。
人工晶状体表面的异物反应可作为其生物 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。

巨噬细胞沉积的数量
囊膜相容性的机理


晶状体上皮细胞和晶状体囊对IOL材料及结 构的反应。 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。 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。
水凝胶( PHEMA )



为聚甲基丙烯酸羟乙酯( PHEMA )，是一种亲水性材料， 脱水状态时质硬、半透明；可进行抛光处理；此物质折光 指数与吸水率呈反比，吸水后折光指数下降，吸水率40% 时屈光指数为1. 43。充分复水后质韧、透明,。 优点：①热稳定性佳，耐高温、高压灭菌；②质软，韧性 好，不易断，可折叠；③更适合使用YAG 激光；④化学 稳定性好，植入后炎症和渗出反应较轻； 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。
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。
疏水性IOL与PCO

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。
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。
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。


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。
血管支架的生物相容性

性能良好的支架应在置入后，必须保证能让细胞 很好的贴附生长，具有良好的细胞亲和性。 提高支架置入后的生物相容性主要从两方面入手， 即提高支架置入后的血液相容性和组织相容性。 良好的生物相容性，其本身或降解产物无毒性， 不会引起炎症和免疫排斥反应。良好的结构相容 性，适当的强度和可塑性，能保持稳定的立体结 构，置入后可以代替血管的结构和功能。良好的 表面相容性和一定的生物活性，材料表面有利于 种子细胞的黏附和生长。
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。 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。