7.35.3.2 Polymerformuleringer
HEMA (fig. 6) fremstilles ved polymerisering af 2-hydroxyethylmethacrylatmonomer med et tværlinker som f.eks. ethylenglycol-dimethacrylat (EGDMA) (fig. 6). Det meste af HEMA’s hydrofil adfærd skyldes tilstedeværelsen af hydroxylgruppen (OH) i enden af monomeren. På dette sted i den resulterende polymer opstår der hydrogenbinding med vandmolekyler, hvilket får dem til at blive trukket ind i polymermatrixen. Resultatet er, at kontaktlinser fremstillet af pHEMA indeholder ca. 40 % vand i fuldt hydreret tilstand.
Fig. 6. Nogle af de monomerer, der anvendes i konventionelle hydrogellinse-materialer. HEMA, hydroxyethylmethacrylat; NVP, N-vinylpyrrolidon; MMA, methylmethacrylat; Maa, methacrylsyre; EGDMA, ethylenglykoldimethacrylat; GMA, glycerylmethacrylat; DMA, N,N-dimethylacrylamid.
Adapteret fra Maldonado-Codina, M.; Efron, N. In Contact Lens Practice, 2nd ed.; Efron, N., Ed.; Butterworth-Heinemann/Elsevier: Maryland Heights, MO, 2010; s 75.
Linser fremstillet af pHEMA blev først distribueret i Vesteuropa i 1962, men salget var skuffende. I 1965 købte National Patent Development Corporation (NPDC) licensen for de amerikanske rettigheder til teknologien af tjekkerne. Den blev efterfølgende solgt videre til Bausch & Lomb, som på daværende tidspunkt fremstillede øjenudstyr og brilleglas. Bausch & Lomb forfinede Wichterle׳s spin-casting-proces betydeligt og opnåede endelig godkendelse fra Food and Drug Administration (FDA) for deres pHEMA-linser i 1971. Denne gang blev linserne hurtigt meget populære – både behandlere og patienter nød fordelene ved den øgede komfort, den reducerede tilpasningstid og de lettere tilpasningsprocedurer. Med tiden udviklede flere og flere virksomheder deres egne pHEMA-linser; det blev dog hurtigt klart, at disse linser ikke var problemfri. De fleste af disse problemer skyldtes, at linserne forårsagede hypoxi, men andre problemer i forbindelse med opløsningstoksicitet og linsespoliering var også almindelige.
Kontaktlinseproducenter havde derfor to mulige veje at gå for at øge linsernes ilttransmissionsevne: udvikle “hypertynde” linser eller udvikle materialer med et højere vandindhold. At fremstille linser, der var tyndere, var en forholdsvis ligetil sag for linsedesignere, og der blev lanceret flere sådanne linser, f.eks. den tynde linse Hydrocurve (Soft Lenses, Inc.) i 1977 og senere O3-serien (Bausch & Lomb). Disse linser var i størrelsesordenen 0,035-0,06 mm i tykkelse, hvilket var mindre end halvdelen af tykkelsen af de oprindelige pHEMA-linser fra Bausch & Lomb.
Udviklingen af materialer med højere EWC førte til den vellykkede udvikling af HEMA-copolymerer. En af de første vellykkede copolymerisationer var med N-vinylpyrrolidon (NVP) (fig. 6). Amiddelen (N-C=O) er meget polær, og to vandmolekyler kan blive hydrogenbundet til den. NVP-baserede copolymerer mister den glatte “fornemmelse” af pHEMA og kan derfor føles ret gummiagtige. Disse copolymerer har også en tendens til at have en relativt høj fordampningshastighed af vand, hvilket kan ses som et problem for linsernes stabilitet og komfort. Dette skyldes, at amidgruppen ikke binder vand så stærkt som en hydroxylgruppe. Desuden er disse polymerer betydeligt mere temperaturfølsomme end pHEMA-baserede materialer; det vil sige, at deres parametre har en tendens til at ændre sig med stigende eller faldende temperatur. Dette er vigtigt, når en linse tages ud af emballagen (ved stuetemperatur på f.eks. 20 °C) og sættes ind i øjet (~33 °C); det vil sige, at linsens parametre kan ændre sig i øjet.
NVP-baserede linser er også blevet forbundet med øgede toksiske reaktioner på hornhindeepitelet – observeret som pletter af “farvning” på hornhindeoverfladen, som observeres klinisk ved hjælp af fluoresceinfarvestof16 – og nedsat komfort, når de anvendes sammen med opløsninger, der indeholder højere niveauer af polyhexanid17,18 . Dette betyder ikke, at polyhexanidbaserede opløsninger ikke kan anvendes sammen med NVP-holdige linser, snarere bør man være opmærksom på interaktionen, hvis der opstår betydelige symptomer på corneal farvning eller ubehag – disse kan normalt behandles blot ved at skifte opløsningen til en opløsning med et lavere indhold af polyhexanid eller en opløsning uden polyhexanid.
Methylmethacrylat (MMA) er det materiale, som de stive kontaktlinser oprindeligt er fremstillet af, dvs. PMMA (fig. 6). Når MMA og NVP copolymeriseres, fås et helt nyt materiale med meget forskellige egenskaber i forhold til HEMA/NVP (også kendt som HEMA/VP) copolymerer. Afhængigt af deres sammensætning kan kontaktlinser fremstillet af MMA/VP-copolymerer indeholde 60-85 % vand. MMA er meget hydrofobt, men er nyttigt i hydrogeler til bløde linser, da det giver de resulterende polymerer en øget mekanisk styrke.
En anden hydrofil monomer, der med stor succes er blevet anvendt i kontaktlinsehydrogeler, er MAA (fig. 6). Når det tilsættes til en polymerformulering til bløde linser, resulterer det i en blød linse med ioniserede grupper (negativt ladede) i polymermatrixen, hvilket gør det muligt for linsen at absorbere mere vand. Jo større mængden af MAA er, jo højere er EWC for den resulterende polymer. Mængder af MAA i størrelsesordenen 1,5-2,5 % vil øge vandindholdet i et HEMA-materiale til et middelvandindhold på 50-60 %, hvorved iltgennemtrængeligheden kan øges betydeligt.
Når HEMA/MAA-linser er blevet fremstillet, skal de ioniseres (dvs. hydrogenatomet i carboxylgruppen fjernes). Omdannelsen af carboxylgruppen (CO2H) til den mere hydrofile ioniserede form (carboxylat-anionen, CO2-) medfører en stigning i vandindholdet. Dette opnås almindeligvis ved at vaske linserne i natriumbicarbonatopløsning eller bufferet saltvand og kaldes “udvidelse af matrixen”. Desværre har brugen af MAA til at øge vandindholdet i en polymer også sine ulemper. Disse omfatter følgende:
En linse, der er ekstremt følsom over for ændringer i tonicitet.19 Na+-ionerne i saltvandsopløsning har den virkning, at de “afskærmer” carboxylat-anionerne. I hypotoniske opløsninger (f.eks. rent vand) vil der, da disse afskærmende ioner er til stede i langt mindre grad, forekomme mere kædeafstødning, hvilket øger netværkets opsvulmning og dermed materialets EWC. I hypertone opløsninger opstår den omvendte situation, og materialets netværk skrumper, hvorved dets EWC falder.
En pH-følsom linse.20 Hvis pH-værdien af den opløsning, som linsen er nedsænket i, sænkes (dvs. at hydrogenionkoncentrationen øges), er carboxylat-anionerne mere afskærmede, og netværket bliver mindre ekspanderet. Dette vil medføre et fald i linsens EWC.
Et meget betydeligt niveau af proteinophobning både på linsens overflade og i linsematrixen.21,22 Det er imidlertid den biologiske aktivitet af aflejrede proteiner såsom lysozym, der menes at være mest relevant i forbindelse med spørgsmål om biokompatibilitet såsom kontaktlinse-relateret papillær konjunktivitis og komfort; det vil sige, at protein, der forbliver aktivt (i modsætning til at blive denatureret), menes at være biokompatibelt. Det protein, der er deponeret på HEMA/MAA-linser, har vist sig at denaturere i betydeligt lavere grad sammenlignet med andre linsematerialer.23
Dimensionel ustabilitet, når linsen varmedesinficeres.
Glycerylmethacrylat (GMA) er mere hydrofilt end HEMA, fordi monomeren indeholder to hydroxylgrupper (fig. 6). Denne monomer er blevet anvendt i kontaktlinse-materialer på to hovedmåder. Ved den første metode har man anvendt GMA i kombination med MMA til at fremstille materialer med et vandindhold på 30-42 %. Disse materialer menes at være stivere og stærkere end pHEMA-hydrogeler, men deres iltgennemtrængelighed er ikke ideel til brug i øjet.
Den anden metode har været at anvende GMA i kombination med HEMA til at fremstille et nonionisk kontaktlinse-materiale med højt vandindhold (op til ~70 % har været muligt). Disse kontaktlinser siges at være “biomimetiske”, dvs. at de hævdes at forbedre biokompatibiliteten ved at efterligne mucins hydrofiliske egenskaber. Producenterne hævder også, at disse linser har en lav dehydreringshastighed og en hurtig rehydreringshastighed, dvs. at de har gode “vandbalanceforhold”. Desuden menes materialerne at være relativt modstandsdygtige over for aflejringer og synes at være relativt ufølsomme over for pH-ændringer i intervallet pH 6-10. Et eksempel på en sådan linse er det hioxifilcon A-materiale, der anvendes i Clear 1 Day-linser fremstillet af Clearlab. Et andet eksempel på en såkaldt “biomimetisk” linse er Proclear-linsen (Coopervision), som indeholder fosforylcholin (PC) og HEMA. PC siges at efterligne den naturlige kemi i cellemembraner.