Biomateriály v oftalmologii Bc. Daniel Javdošňák Katedra fyziky - AFI V Plzni, 2014 LS

Přehled Definice oftalmologie Anatomie zraku a jeho korekce Oční choroby Kontaktní čočky Materiály měkkých kontaktních čoček Keratoprotéza Nitrooční čočky

Definice oftalmologie = oční lékařství Ofthalmos = „oko“ Logos = „slovo“, „myšlenka“, „promluva“ Oftalmologie = „věda o očích“ Vědní obor medicíny, zabývající se: prevencí, diagnostikou, léčbou patologických stavů, jež postihují oko a přídatné oční útvary, jako jsou: bolesti okolo mozku, slzný aparát, oční víčka.

Anatomie zraku a jeho korekce Kontaktní čočka Fakická nitrooční čočka Afakická nitrooční čočka Keratoprotéza

Oční choroby Astigmatismus Krátkozrakost (myopie) Vidění na většinu vzdáleností neostré Chybné zakřivení nebo zdeformování rohovky Korekce – brýlemi s cylindrickými skly nebo torickými čočkami Krátkozrakost (myopie) Vidění na dálku rozmazané Oční bulva je dlouhá Korekce – laser, sférické kontaktní čočky, brýle (rozptylky, „mínus“) Dalekozrakost (hypermetropie) Vidění na blízko rozmazané Oční bulva je zkrácená Korekce – laser, sférické kontaktní čočky, brýle (spojky, „plus“)

Oční choroby Presbyopie (vetchozrakost) Šedý zákal (katarakta) Obvykle po 40. věku Slábnutí zaostřovacího mechanizmu v oku; ztráta akomodace čočky Čočka v oku nabývá na objemu a ztrácí elasticitu Korekce – laser, víceohniskové kontaktní čočky, brýle Šedý zákal (katarakta) Zakalení čočky Léčba – operace – nitrooční čočky

Kontaktní čočky Korekční prostředky ležící přímo na rohovce Typy kontaktních čoček: Tvrdé Dnes PMMA (vynikající optická propustnost; výroba – lisování, obráběním, soustružením) Dříve sklo Tvrdé (propustné pro plyny) Tvrdé nebo polotvrdé materiály Kombinace silikonu a fluoropolymeru RGP („rigid gas permeable“) Měkké (v 60. letech prof. O. Wichterle a Dr. Drahoslav Lím) Hydrogelové - HEMA (vysoká ohebnost a smáčivost, 38 % vody; výroba – odstředivé lití, lisování) Silikon-hydrogelové (vysoká propustnost kyslíku, horší smáčivost a větší tuhost) Kontaktní čočky [1] jsou optické korekční prostředky ležící přímo na rohovce, od které jsou oddáleny jen tenkou vrstvou slzného filmu Slouží především [4] ke korekci optických vad zraku, jako jsou krátkozrakost, dalekozrakost, astigmatizmus apod. Mají také funkci ochrannou při některých očních onemocněních, nebo kosmetickou v případě změny barvy oka při použití barevné kontaktní čočky.

Kontaktní čočky Požadavky na materiál kontaktních čoček: Obsah vody Propustnost pro kyslík (Dk/L) HEMA 8 – 12 barrer Výšebobtnavé hydrogelové čočky 30 – 40 barrer Silikon-hydrogel 60 – 175 barrer Index lomu – snaží se přiblížit rohovce 1.37 Modul pružnosti a elasticita Stabilita čoček v prostředí Smáčivost Kvalita povrchu Sklon k bílkovinným usazeninám Biokompatibilita Obsah vody - závisí na mnoha parametrech např.: pH, toxicita, teplota. Především hydrogely reagují na změnu teploty nebo při vložení do roztoku o jiném pH a osmolaritě. Jsou specifikovány standardy ISO - termogravimetrii a indexem lomu. Propustnost pro kyslík: Nutno připomenou zásobování rohovky kyslíkem; permeabilita (Dk) a transmisibilita (Dk/L) Modul pružnosti, elasticita - důležitá vlastnost, jež popisuje tuhost čočky, pro manipulaci s čočkami, trvanlivost a nošení kontaktních čoček. Stabilita čočky v prostředí - uvádí, zdali se nezmění od výroby parametry čočky nošením (prostředí, proces hydratace a dehydratace, mrkání) Smáčivost - jak je povrch čočky smáčivý, popisuje tendenci tekutiny rozprostřít se na povrchu. Kvalita povrchu - kvalita povrchové úpravy zvyšuje především komfort při nošení

Materiály měkkých kontaktních Hydrofobní: Polyethylenové (PE) Lisované s nízkým stupněm krystalinity -> vysoká transparentnost Silikonové Si - O - Si vazby -> vysoká propustnost O2 a CO2 Neumožňují výměnu slz - > dnes se nepoužívají Hydrofilní – hydrogelové: Řídce zesíťované Vysoké procento vody Propustnost vodorozpustných látek: O2, CO2, ionty, kyselina mléčná, apod. Index lomu: od 1.51 (suchý xerogel) až k 1.38 (výšebobtnavý hydrogel, 70 % vody) 2-Hydroxyethylmetakrylát (HEMA) – 38 % vody, index lomu 1.44 Metakrylátová kyselina (MAA) – zvyšuje obsah vody (55-60 %) Methylmetakrylát (MMA) – snižuje obsah vody, zvyšuje pevnost a tvrdost Vinylpyrrolidon (VP) – zvyšuje obsah vody (65-74 %) i propustnost kyslíku Čočky vyrobené ze silikonové pryže sice podporují dýchací proces povrchu rohovky, ale zato neumožňují výměnu slz, která je nutná pro odvod metabolických zplodin z oka Hydrogely dosáhly v posledních čtyřiceti letech velkého uplatnění v lékařských aplikacích, a to díky jejich permeabilitě pro nízkomolekulární látky, minimální proteinové interakci a malé mechanické iritaci tkání v důsledku měkkosti a kaučukové konzistenci těchto materiálů. Hydrogelové čočky jsou řádově stejně měkké jako tkáň. Index lomu rohovky 1.37

Materiály měkkých kontaktních Výšebobtnavé hydrogelové Vlastnostmi se podobá živé tkáni Vysoký obsah vody (70 %) -> horší mechanické vlastnosti jak HEMA Index lomu 1,37 Silikon-hydrogelové Kombinace hydrogelové a silikonové čočky –> nejmodernější materiál cca. 10x větší propustnost kyslíku jak u HEMA

Keratoprotéza = umělá náhrada rohovky Onemocnění (zakalení) postihující rohovku jsou jednou z hlavních příčin slepoty na celém světě. Centrální optická část -> PMMA Fixační opěrný rámec „skirt“ Druhy: Dohlmanova (Bostonská) – přední a zadní disk z PMMA Pintucciho – skirt DACRON Seoul-Type – skirt (lehčený teflon) e-PTFE nebo PU MIKOF – skirt Titan AlphaCor – PHEMA (optické vlastnosti se mění obsahem vody – 49%) KeraKlear – ?? vyrobena z patentovaného akrylátového kopolymeru

Keratoprotéza Shrnutí:

Nitrooční čočky Fakická – doplňuje stávající čočku Afakická – místo původní čočky postižené šedým zákalem Vyráběny z akrylátů měkký (HEMA) / tvrdý (PMMA) a silikonu UV filtr 200 – 400 nm

Nitrooční čočky Akrylát Silikon Collamer® Materiály nitroočních čoček: tvrdý (PMMA), měkký hydrofilní (HEMA) index 1.47, Měkký hydrofobní - index 1.44 – 1.45 Silikon foldovatelné čočky (aplikace pomocí injektoru) Index 1.41 – 1.47 Collamer® Směs kolagenů, UV absorbujících chromoforů a HEMA Hydrofilní povrch, obsah vody 40 %, index 1.44 výborné biokompaktibílní vlastnosti

Nitrooční čočky Expandibilní materiály Memory Lens Fotosenzitivní IOL Materiály nitroočních čoček: Expandibilní materiály Polymer Acrifil CQ (HEMA, MMA, VP) Obsah vody 73.5%, index 1.4 Po vložení do oka čočka hydratuje a nabývá objemu Memory Lens Uskladňována při 8°C a po vložení do oka se rozevírá 59% HEMA, 16% MMA, 4% 4-metakryloxy 2-hydroxy benzofen Fotosenzitivní IOL fotoaktivní silikon ozářením UV 356 nm - > polymerizace fotosenzitivních molekul Fotosenzitivní IOL - Ozářením UV o vlnové délce 356 nm dojde ke změně zakřivení, které způsobí požadovanou pooperační změnu optických vlastností. Vlivem ozáření dochází k polymerizaci fotosenzitivních molekul, čímž vznikne koncentrační gradient mezi osvícenou a neosvícenou částí a fotosenzitivní molekuly migrují. Dochází tak k nabobtnání středové části a tím i k zvýšení optické mohutnosti

Děkuji za pozornost Podklady a zdroje jsou uvedeny v semestrální práci.