前言:为了评价米赫人工角膜在兔眼内的生物相容性,解放军总医院进行了米赫人工角膜的动物实验,今天我们就通过本次实验的数据,评价一下米赫人工角膜的生物相容性。本次研究将米赫人工角膜植入兔眼角膜,II期术后观察6个月,得出最终结论。
评价人工角膜的生物相容性,主要包括4个方面
① 材料的物理化学稳定性
② 良好的组织适应性
③ 无毒无致癌性
④ 在体内无降解
米赫人工角膜已经通过物理化学性能、细胞毒性及肌肉植入实验等相关生物相容性检测,因此本次动物实验旨在通过动物的在体实验,观察其在角膜内的组织相容状况,进一步证实米赫人工角膜的长期稳定性及安全性。
目前,临床广泛使用的Boston型人工角膜和米赫人工角膜,其光学部分均采用硬性材料,而前者的固定环及部分种类的后盘和后者的支架采用的是钛金属材料,米赫人工角膜镜柱采用PMMA材料。
在眼科领域,PMMA是角膜接触镜、人工晶体及义眼片等的常用材料,它具有性质稳定、透光率高、屈光指数大、不会被机体的生物氧化反应所降解、对机体的生物反应轻、加工方便等优点,是较理想的光学材料,且临床己证实具有良好的生物相容性口。
作为植入角膜内的主要构成部分,钛支架的组织相容性是米赫人工角膜稳定性的重要因素。钛在生物医学领域广泛应用,尤其在骨科、口腔科及整形外科等临床领域。钛具有优良的生物相容性和机械性能,并且耐腐蚀性好,价格低廉。
以上,证明米赫人工角膜在体内无降解并具有良好的组织适应性。
当医用材料植入人体时,局部组织对异物将会产生“防御”反应,植入物周围将出现白细胞、淋巴细胞和吞噬细胞聚集,发生不同程度的急性炎症。
根据医疗器械生物学评价相关要求:当生物材料组织相容性差,加上它的残留毒性小分子物质不断渗出,就会刺激局部组织细胞形成慢性炎症,甚至发生癌变,植入物也会被包裹,形成纤维性包膜;但相反,如果材料没有毒性,并且性能稳定,那么长时间下来,包囊膜会变薄,囊壁中的淋巴细胞会消失,包囊膜会变正常。
本次研究发现,当支架植入兔角膜层间,只引发了兔眼轻度的异物反应,早期表现为刺激症状及角膜水肿,持续约2周逐渐消退。并且在2周时新生血管增生显著,4周角膜新生血管明显增多,多数达支架中央,3~4个月时已形成较多深层新生血管。
有人会问:新生血管增多,岂不会引发不良反应?其实不然。
人工角膜植入基质中发生适度反应,新生血管对局部抗感染能力和抗溶解作用有所帮助。实验发现,在角膜血管化的整个过程中,支架在角膜层间稳定存在,水肿逐渐消退,没有出现像一些有新生血管的临床疾病中出现的病理性破坏如渗出、坏死等现象,未见角膜溶解、渗漏等并发症,未见角膜白斑形成,人工角膜支架对角膜长期营养和代谢未造成不良影响,具有良好生物相容性。
而且目前多数研究者认为,与角膜移植不同,人工角膜支架在临床应用中常需要有良好的血管化角膜条件,新生血管化的角膜植床有利于人工角膜手术:它能为细胞的增殖和迁徙提供良好的微环境,促进细胞增生与胶原合成,减少术后角膜溶解及人工角膜的排出率,有利于人工角膜的稳定瞄引。
有关角膜移植的研究也表明,新生血管的存在并不是妨碍组织愈合,相反,愈合早期出现的肉芽组织加速了愈合过程。移植排斥只不过是因为新生血管的存在提供了供体抗原与宿主淋巴细胞接触的机会。
在研究中,9例兔眼II期术后临床观察长达6个月,所有兔眼表上皮在植入人工角膜支架联合软骨加固术后2—3周均基本愈合。临床观察无急性炎性渗出,眼压均正常。整个观察期内,无感染,无排斥反应,组织无溶解及渗漏,未见软骨或支架暴露,镜柱无松动及脱落,证明临床稳定性较高。
病理检查人工角膜支架完整,无移位,与周围角膜组织结合紧密,成纤维细胞增生活跃,呈扁平状,增加了其稳定性。植入物周围仅有少量炎性细胞及新生血管,但未见纤维包裹或异物肉芽肿形成。与对侧眼相比,没有造成角膜基质溶解薄变的现象。其余眼前节和后节结构没有明显的炎症反应和变化。要知道,炎症反应的严重程度和持续时间直接影响到生物材料的稳定性。
以上,证明米赫人工角膜无毒无致癌性。
在植入人工角膜后,组织最先对手术创伤本身产生反应,之后才是宿主对植入材料的免疫应答。
在慢性炎症反应阶段,巨噬细胞是调节宿主与材料间免疫和炎症反应的重要细胞。简单来说就是,植入过程中会不会免疫,会不会发生炎症,全看巨噬细胞。
我们简单来看一下人工角膜植入眼睛后,巨噬细胞的一系列表现。
人工角膜植入体内之后 — 材料表面吸附体液或血液中的多种蛋白 — 巨噬细胞识别材料表面的黏附蛋白 — 结合到材料表面 — 黏附在材料表面的巨噬细胞被激活后形成异物巨细胞 — 异物巨细胞导致纤维化包裹或将材料降解破坏 — 植入失败。
所以说,巨噬细胞的活性以及异物巨细胞的数量也可以反映植入材料的稳定性。
研究中均未观察到巨噬细胞,植入物也没有排出、角膜也没有溶解,单纯人工角膜支架植入组良好的角膜血管化正好说明这一点。因此人工角膜植入术后适度的炎性反应所释放的各种因子具有促进新生血管生成、活化角膜细胞并向支架孔隙内生长作用,这是人工角膜维持稳定性的重要因素。
以上,证明米赫人工角膜在体内无降解以及稳定性高。
此外,支架是一种需要与组织融为一体的材料,它与活化的角膜细胞直接接触,活化的角膜细胞是一种成纤维细胞,对人工角膜表面微结构进行改良,可以促进成纤维细胞在支架表面的扩散。
因此,体内试验中,角膜成纤维细胞的生长状态也是反应组织相容性的一项重要指标。本研究中,两组在4周后组织病理学显示角膜基质层较多成纤维细胞出现,证明国产人工角膜支架材料在角膜组织内具有良好稳定性。
综上所述,米赫人工角膜材料的物理化学稳定性高、 有良好的组织适应性、无毒无致癌性以及在体内无降解,产品生物相容性高。