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编号:10502363
牛晶状体上皮细胞在不同材料人工晶状体表面生长的比较研究
http://www.100md.com 《中华眼科杂志》 2000年第5期
     牛晶状体上皮细胞在不同材料人工晶状体表面生长的比较研究

    吴仁毅 姚克 孙朝晖 徐雯 陈佩卿

    摘 要 目的 研究和比较体外牛晶状体上皮细胞(bovine lens epithelial cell,BLEC)在聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、硅胶(silicone,SI)、水凝胶(hydroxyehtylmethacrylate, HEMA)和丙烯酸酯(acrylic,acrysof; ACRY)人工晶状体(intraocular lens, IOL)表面生长的情况,为临床选用IOL提供参考。方法 体外将BLEC接种到4种IOL表面培养,用流式细胞仪对其表面生长的细胞进行计数分析。结果 细胞计数显示4种IOL表面BLEC生长数量不同,ACRY 的IOL最多,HEMA 的IOL最少,SI和PMMA 的IOL介于中间且两者差异无显著性(P>0.05)。结论 不同材料IOL表面性能影响晶状体上皮细胞粘附和生长,从而影响IOL植入术后后发性白内障的发生。
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    关键词:晶体,人工;上皮细胞;细胞粘附

    白内障摘除人工晶状体(intraocular lens, IOL)植入手术是目前治疗白内障最为有效的方法,后发性白内障(posterior capsular opacification,PCO )是术后最常见并发症之一,其发生率为20%~50%[1],严重影响白内障患者术后视力的恢复。部分患者需行后囊截开术或激光后囊切开术,不仅增加了手术费用,而且有可能出现新的并发症。预防和减少PCO的发生,是目前眼科临床重要的研究课题。

    白内障摘除术后周边前囊膜及赤道部残留的晶状体上皮细胞(Lens epithelial cell, LEC)向后囊膜和IOL后表面增殖、移行、化生,是导致PCO发生的主要机制[2]。因此IOL抑制LEC在其表面生长的能力,是评价IOL性能的重要指标之一,亦是临床医生选择IOL的依据。硬质聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)是目前应用广泛的IOL材料。随着小切口超声乳化白内障吸除折叠式IOL植入手术的日益普及,软性IOL材料如硅胶(silicone,SI)、水凝胶(hydroxyethylmethacrylate, HEMA)和丙烯酸酯(acrylic,Acrysof, ACRY)等在临床上的应用日益广泛。本研究中,我们采用定量方法,在体外对上述4种IOL材料影响牛晶状体上皮细胞(bovine lens epithelial cell,BLEC)在其表面生长的情况进行比较,以期为临床选用IOL提供参考。
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    材料和方法

    一、IOL:PMMA和ACRY的IOL由美国Alcon公司提供;HEMA的IOL由上海一仁眼科研究所提供;SI 的IOL由四川人工晶状体研究所提供。4种IOL光学部直径均为6 mm。

    二、BLEC的体外培养

    参照Humphry等[3]的方法,宰杀出生24 h内乳牛(杭州四季青生物制品公司),4 h内无菌取出4只眼球。75%酒精浸泡30 min,超净实验室中以D-Hanks平衡盐液浸泡、冲洗3次。沿赤道部剪开眼球,分离取出晶状体,以D-Hanks平衡盐液浸泡、冲洗3次。完整剥离晶状体囊膜,置含15%小牛血清、105 U/L青霉素和100 μg链霉素的DMEM培养液中。将囊膜片剪成约3或4 mm2,以吸管吸取后散落平贴于25 ml的细胞培养瓶底,CO2孵箱(5% CO2,37℃)中翻转贴壁9~12 h后,浸没于约4 ml的培养液中,孵箱内培养。相差显微镜下每日观察,每3 d换培养液1次,约1周传代1次。
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    三、BLEC在4种IOL表面的生长

    将灭菌后2%琼脂铺于24孔组织培养板中,4种IOL各8枚凸面朝下粘附于琼脂表面,IOL表面高于琼脂表面。再将传代1次后、长满培养瓶底的BLEC用0.25%胰蛋白酶及0.02%EDTA溶液消化为单个细胞,用培养液调整至约5×107个/L细胞悬液。向培养板的每孔内接种细胞悬液1ml,置CO2孵箱内培养,2 d换液1次。相差显微镜下观察、摄像。

    四、IOL表面生长的BLEC计数

    将培养48 h的IOL取出,在D-Hanks平衡盐液中漂洗3次,置于另一24孔培养板中,加入1ml 0.25%胰蛋白酶及0.02%EDTA溶液,将IOL表面的BLEC消化为单个细胞。取出IOL后,细胞悬液在流式细胞仪上进行细胞计数。

    五、流式细胞仪计数
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    细胞悬液样本在流式细胞仪(FACS Calibur 型, 美国B-D公司)中以前、侧向角散射双参数检测,以Cell Quest软件进行细胞分析、计数。

    六、统计学方法

    数据均以0.gif (881 bytes)±s表示,以SPSS统计软件进行统计学处理。

    结果

    一、细胞形态

    光学显微镜下显示BLEC均能在4种IOL表面粘附、生长,而在琼脂表面则几乎未见BLEC生长。24 h内IOL表面生长的BLEC细胞形态正常,具有典型上皮细胞特征,并可见正在分裂增殖的细胞(图1)。随培养时间增加,BLEC在IOL 表面成片生长,细胞体积变大,分裂能力下降并呈纤维化趋势(图2)。
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    二、细胞计数

    流式细胞仪计数显示,48 h后IOL表面生长的BLEC细胞密度分别为PMMA的IOL(425.4±77.7)个/ml,ACRY的IOL(950.3±157.1)个/ml,HEMA的IOL(85.6±14.3)个/ml,SI的IOL(307.0±76.4)个/ml(图 3~6),经方差分析差异有非常显著性(F=117.17,P<0.001)。其中ACRY的IOL 表面似有膜样物存在,生长的BLEC数量最多(图4),HEMA 的IOL最少。表面生长的BLEC数量PMMA的IOL与SI的IOL比较,差异无显著性(q=2.12,P>0.05);PMMA 的IOL与ACRY及HEMA的IOL比较,差异有显著性(q=9.40,6.08,P<0.01);SI 的IOL与ACRY及HEMA的IOL比较,差异有显著性(q=11.5,5.39,P<0.01);ACRY的IOL与HEMA的IOL比较,差异有显著性(q=15.5,P<0.01)。

    讨论
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    一、临床意义

    临床上对IOL性能的评价是多方面的。随着PCO的防治成为目前对白内障术后并发症研究的热点,与PCO形成相关的IOL性能也逐渐受到临床医生重视。自小切口超声乳化白内障手术开展以来,折叠式软性IOL应运而生。80年代初SI和HEMA的IOL应用于临床,近几年ACRY的IOL的应用逐渐增多[4]。与传统PMMA的 IOL比较,软性IOL在许多方面显示了更为优越的性能,尤其在生物相容性方面。研究结果显示,软性IOL植入术后眼内炎性反应明显减少,IOL表面的细胞反应轻微,机体更能耐受[5,6]。但有关不同材料IOL影响PCO发生的问题,研究资料较少。Ursell等[7]对90例老年性白内障患者分别植入不同材料IOL后2年的随访研究显示,PCO的发生率分别为:PMMA的IOL为43.65%,SI的IOL为33.50%,ACRY的IOL为11.75%,植入ACRY 的IOL的PCO发生率明显低于另两种IOL。这一结果表明不同材料IOL植入眼内,PCO的发生情况不尽相同。有关这方面大样本、完整的临床研究资料尚待积累。
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    目前已明确囊外白内障摘除术后LEC在囊膜及IOL表面的增殖、化生,是PCO发生的直接原因[1,2]。LEC在IOL表面的增殖、化生过程与体外培养情况类似,术后1周LEC从截囊或撕囊口边缘向PMMA的IOL前、后表面生长,约1个月达到高峰,此后细胞逐渐退化,在IOL表面形成不透明膜[2]。体外研究表明IOL材料可影响LEC 在其表面生长,这可能是不同材料IOL 植入术后PCO发生不尽相同的原因之一。Humphry等[3]比较了体外培养的LEC在PMMA与HEMA的 IOL表面的粘附情况,发现HEMA 的IOL表面粘附的LEC 显著少于PMMA的 IOL。Power等[8]发现体外HEMA 的IOL和肝素表面处理的PMMA 的IOL表面生长的LEC 少于PMMA的 IOL。Cunanan等[9]发现SI 的IOL表面粘附的LEC 少于PMMA 的IOL。本研究对BLEC进行体外培养,证实HEMA 的IOL表面生长的BLEC明显少于SI 、PMMA和ACRY的 IOL;SI 的IOL少于PMMA的 IOL,但差异无显著性(P>0.05)。本实验的部分结果与文献报道一致。在体外培养条件下,BLEC增殖、分化等生物学行为表现与人LEC 类似,因此,本实验结果可反映人LEC 在不同材料IOL表面的生长情况。
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    二、研究机制

    Humphry等[3] 认为HEMA 的IOL具有较高亲水性,IOL表面包被水化膜,细胞不易粘附;而PMMA的 IOL表面为疏水性,细胞粘附较多。但是SI 的IOL 表面亦为疏水性,因此该理论不能完全解释本研究结果;Cunanan等[9]从不同材料界面自由能方面着手研究,认为不同材料IOL界面自由能不同可能是导致LEC 粘附密度不同的原因。有关确切机制尚待进一步阐明。

    目前尚未见有关体外ACRY 的IOL表面LEC 生长情况与其他IOL材料比较的报道。本实验中,粘附于ACRY 的IOL 表面的BLEC 显著多于其他材料IOL,这可能与该材料表面较强“粘性”有关。Nagata等[10]发现ACRY 的IOL表面的“粘性”特点,并证实其对胶原蛋白膜的粘附力是PMMA 的IOL的3倍。胶原蛋白是细胞基质的主要成分之一,LEC在其表面易粘附、生长。在本实验中发现培养48 h后ACRY的 IOL表面似有膜样物覆盖,IOL透明度下降(图4)。此膜样物是否真正存在及其成分如何,尚待进一步研究。因晶状体后囊膜的主要成分为LEC 分泌的胶原蛋白,因此Nagata等[10]认为ACRY的IOL表面与胶原蛋白的高粘附力,可使IOL与后囊膜紧密相粘;Ursell等[7]认为这种紧密粘连减少了囊膜与 ACRY 的IOL之间的空间,“无空间即无细胞”, LEC在IOL表面的增殖受到抑制,因而后囊膜的透明性得以保持,推测这是ACRY 的IOL具有较低PCO发生率的主要原因。因此虽然本实验结果表明ACRY 的IOL表面粘附BLEC最多,但该结果与Ursell 等[7]结论并不矛盾。
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    综上所述,评价IOL性能必须综合基础和临床研究的结果进行全面分析,最终结论尚需进一步积累和总结相关研究资料。t34801.gif (17496 bytes)

    图1 24h内PMMA的IOL表面BLEC生长,可见正在分裂增殖的细胞×400t34802.gif (19230 bytes)

    图2 7d后PMMA的IOL表面BLEC生长,细胞呈纤维化趋势(英色为PMMA的IOL袢)×400t34803.gif (19416 bytes)
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    图3 48h后PMMA的IOL表面BLEC生长×400t34804.gif (17799 bytes)

    图4 48h后ACRY的IOL表面BLEC生长,IOL表面似有膜样物形成×400t34805.gif (19034 bytes)

    图5 48h后HEMA的IOL表面BLEC生长×400t34806.gif (19228 bytes)
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    图6 48h后SI的IOL表面BLEC生长×400

    基金项目:卫生部科学研究基金资助项目(98-1-333),浙江省医药科技基金资助项目(98A034)

    作者单位:吴仁毅(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    姚克(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    孙朝晖(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    徐雯(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    陈佩卿(310009 杭州,浙江大学医学院附属第二医院眼科中心)

    参考文献
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    1,Apple DJ, Solomon KD, Tetz MR, et al. Posterior capsule opacification. Surv Ophthalmol, 1992, 37:73-116.

    2,McDonnell PJ, Zarbin MA, Green WR. Posterior capsule opacification in pseudophakic eyes. Ophthalmology, 1983, 90:1548-1553.

    3,Humphry RC, Ball SP, Brammall JE, et al. Lens epithelial cells adhere less to HEMA than to PMMA intraocular lenses. Eye, 1991, 5:66-69.

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    5,Hollick EJ, Spalton DJ, Ursell PG, et al. Biocompatibility of poly(methylmethacrylate), silicone, and AcrySof intraocular lenses: randomized comparison of the cellular reaction on the anterior lens surface. J Cataract Refract Surg, 1998, 24:361-366.

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