7.35.3.2 Formulations polymériques
L’HEMA (Fig. 6) est fabriqué en polymérisant le monomère méthacrylate de 2-hydroxyéthyle avec un réticulant tel que le diméthacrylate d’éthylène glycol (EGDMA) (Fig. 6). La majeure partie du comportement hydrophile de l’HEMA est due à la présence du groupe hydroxyle (OH) à l’extrémité du monomère. À cet endroit du polymère résultant, une liaison hydrogène se produit avec les molécules d’eau, ce qui les attire dans la matrice polymère. Il en résulte que les lentilles de contact fabriquées à partir de pHEMA contiennent environ 40% d’eau à l’état totalement hydraté.
Fig. 6. Certains des monomères utilisés dans les matériaux de lentilles hydrogel conventionnels. HEMA, méthacrylate d’hydroxyéthyle ; NVP, N-vinyl pyrrolidone ; MMA, méthacrylate de méthyle ; Maa, acide méthacrylique ; EGDMA, diméthacrylate d’éthylène glycol ; GMA, méthacrylate de glycéryle ; DMA, N,N-diméthyl acrylamide.
Adapté de Maldonado-Codina, M. ; Efron, N. In Contact Lens Practice, 2e éd, Ed. ; Butterworth-Heinemann/Elsevier : Maryland Heights, MO, 2010 ; p 75.
Les lentilles fabriquées à partir de pHEMA ont été distribuées pour la première fois en Europe occidentale en 1962, mais les ventes étaient décevantes. En 1965, la National Patent Development Corporation (NPDC) a acheté aux Tchèques la licence des droits américains sur cette technologie. Celle-ci a ensuite été vendue à Bausch & Lomb qui, à l’époque, fabriquait des équipements ophtalmiques et des verres de lunettes. Bausch & Lomb a considérablement affiné le processus de filage de Wichterle׳ et a finalement obtenu l’approbation de la Food and Drug Administration (FDA) pour ses lentilles pHEMA en 1971. Cette fois, les lentilles sont rapidement devenues très populaires – tant les praticiens que les patients ont apprécié les avantages d’un confort accru, d’un temps d’adaptation réduit et de procédures d’adaptation plus faciles. Au fil du temps, de plus en plus de sociétés ont développé leurs propres lentilles pHEMA ; cependant, il est rapidement apparu que ces lentilles n’étaient pas exemptes de problèmes. La plupart de ces problèmes provenaient du fait que les lentilles provoquaient une hypoxie, mais d’autres problèmes liés à la toxicité de la solution et à la spoliation des lentilles étaient également courants.
Les fabricants de lentilles de contact avaient donc deux voies possibles à suivre pour augmenter la transmissibilité de l’oxygène des lentilles : développer des lentilles » hyper-minces » ou développer des matériaux avec des teneurs en eau plus élevées. Produire des lentilles plus fines était une affaire relativement simple pour les concepteurs de lentilles et plusieurs lentilles de ce type ont été lancées, par exemple, la lentille mince Hydrocurve (Soft Lenses, Inc.) en 1977 et, par la suite, la série O3 (Bausch & Lomb). Ces lentilles avaient une épaisseur de l’ordre de 0,035-0,06 mm, ce qui représentait moins de la moitié de l’épaisseur des lentilles pHEMA originales de Bausch & Lomb.
Le développement de matériaux avec un EWC plus élevé a conduit au développement réussi de copolymères HEMA. L’une des premières copolymérisations réussies a été réalisée avec la N-vinyl pyrrolidone (NVP) (figure 6). La partie amide (N-C=O) est très polaire et deux molécules d’eau peuvent s’y lier par hydrogène. Les copolymères à base de NVP perdent la « sensation » de glissement du pHEMA et peuvent donc être assez caoutchouteux. Ces copolymères ont également tendance à avoir des taux d’évaporation d’eau relativement élevés, ce qui peut être considéré comme un problème pour la stabilité et le confort des lentilles. Ceci est dû au fait que le groupe amide ne lie pas l’eau aussi fortement qu’un groupe hydroxyle. En outre, ces polymères sont nettement plus sensibles à la température que les matériaux à base de pHEMA, c’est-à-dire que leurs paramètres ont tendance à changer avec l’augmentation ou la diminution de la température. Ceci est important lorsqu’on retire une lentille de son emballage (à une température ambiante de 20°C, par exemple) et qu’on l’insère dans l’œil (~33°C) ; autrement dit, les paramètres de la lentille peuvent changer sur l’œil.
Les lentilles à base de NVP ont également été associées à une augmentation des réactions toxiques à l’épithélium cornéen – observées sous forme de taches de » coloration » sur la surface cornéenne, qui sont observées cliniquement à l’aide d’un colorant fluorescéine16 – et à une diminution du confort lorsqu’elles sont utilisées avec des solutions contenant des niveaux plus élevés de polyhexanide17,18. Cela ne signifie pas que les solutions à base de polyhexanide ne peuvent pas être utilisées avec des lentilles contenant du NVP, mais plutôt que l’interaction doit être gardée à l’esprit si des symptômes significatifs de coloration cornéenne ou d’inconfort apparaissent – ceux-ci peuvent généralement être traités simplement en changeant la solution pour une solution contenant un niveau plus faible de polyhexanide ou une solution sans polyhexanide.
Le méthacrylate de méthyle (MMA) est le matériau à partir duquel les lentilles de contact rigides sont initialement fabriquées, c’est-à-dire le PMMA (figure 6). Lorsque l’on copolymérise le MMA et le NVP, on obtient un matériau totalement nouveau dont les caractéristiques sont très différentes de celles des copolymères HEMA/NVP (également appelés HEMA/VP). Selon leur composition, les lentilles de contact fabriquées à partir de copolymères MMA/VP peuvent contenir 60 à 85 % d’eau. Le MMA est très hydrophobe mais il est utile dans les hydrogels pour lentilles souples car il confère aux polymères résultants une résistance mécanique accrue.
Un autre monomère hydrophile qui a été utilisé avec beaucoup de succès dans les hydrogels pour lentilles de contact est le MAA (figure 6). Lorsqu’il est ajouté à une formulation de polymère pour lentilles souples, il donne une lentille souple avec des groupes ionisés (chargés négativement) au sein de la matrice polymère, ce qui permet à la lentille d’absorber plus d’eau. Plus la quantité de MAA est élevée, plus l’EWC du polymère résultant est élevé. Des quantités de MAA de l’ordre de 1,5 à 2,5 % augmenteront la teneur en eau d’un matériau HEMA dans la gamme de teneur en eau moyenne de 50 à 60 %, permettant ainsi à la perméabilité à l’oxygène d’augmenter de manière significative.
Une fois que les lentilles HEMA/MAA ont été fabriquées, elles doivent être ionisées (c’est-à-dire que l’atome d’hydrogène du groupe carboxyle est retiré). La conversion du groupe carboxyle (CO2H) en la forme ionisée plus hydrophile (l’anion carboxylate, CO2-) produit une augmentation de la teneur en eau. Ce phénomène est généralement obtenu en lavant les lentilles dans une solution de bicarbonate de sodium ou une solution saline tamponnée et est appelé « expansion de la matrice ». Malheureusement, l’utilisation du MAA pour augmenter la teneur en eau d’un polymère présente également des inconvénients. Parmi ceux-ci, citons les suivants :
Une lentille extrêmement sensible aux changements de tonicité.19 Les ions Na+ présents dans la solution saline ont pour effet de » protéger » les anions carboxylates. Dans les solutions hypotoniques (par exemple, l’eau pure), comme ces ions de protection sont présents dans une bien moindre mesure, la répulsion de la chaîne sera plus importante, ce qui augmente le gonflement du réseau et, par conséquent, le CME du matériau. Dans les solutions hypertoniques, la situation inverse se produit et le réseau du matériau se rétracte, ce qui entraîne une diminution de son EWC.
Lentille sensible au pH.20 Si le pH de la solution dans laquelle la lentille est immergée diminue (c’est-à-dire que la concentration en ions hydrogène augmente), les anions carboxylates sont plus blindés et le réseau devient moins étendu. Cela entraîne une diminution de l’EWC de la lentille.
Un niveau très important d’accumulation de protéines à la fois sur la surface de la lentille et dans la matrice de la lentille.21,22 Cependant, c’est l’activité biologique des protéines déposées telles que le lysozyme qui est considérée comme la plus pertinente dans les problèmes de biocompatibilité tels que la conjonctivite papillaire liée aux lentilles de contact et le confort ; c’est-à-dire que les protéines qui restent actives (par opposition à celles qui se dénaturent) sont considérées comme biocompatibles. On a constaté que la protéine déposée sur les lentilles HEMA/MAA se dénature à un degré significativement plus faible par rapport à d’autres matériaux de lentilles.23
Instabilité dimensionnelle lorsque la lentille est désinfectée à la chaleur.
Le méthacrylate de glycéryle (GMA) est plus hydrophile que l’HEMA en raison du fait que le monomère contient deux groupes hydroxyle (figure 6). Ce monomère a été utilisé dans les matériaux pour lentilles de contact de deux manières principales. La première méthode consiste à utiliser le GMA en combinaison avec le MMA pour produire des matériaux dont la teneur en eau se situe entre 30 et 42 %. On pense que ces matériaux sont plus rigides et plus résistants que les hydrogels de pHEMA, mais leur perméabilité à l’oxygène n’est pas idéale pour une utilisation dans l’œil.
La deuxième méthode a consisté à utiliser le GMA en combinaison avec le HEMA pour produire un matériau de lentille de contact à haute teneur en eau et non ionique (jusqu’à ~70% a été possible). Ces lentilles de contact sont dites » biomimétiques « , c’est-à-dire qu’elles sont censées améliorer la biocompatibilité en imitant les propriétés hydrophiles de la mucine. Les fabricants suggèrent également que ces lentilles présentent un faible taux de déshydratation et un taux de réhydratation rapide, c’est-à-dire qu’elles ont de bons « rapports d’équilibre hydrique ». En outre, les matériaux sont censés être relativement résistants aux dépôts et semblent être relativement insensibles aux changements de pH dans la plage de pH 6-10. Un exemple d’une telle lentille est le matériau hioxifilcon A utilisé dans les lentilles Clear 1 Day fabriquées par Clearlab. Un autre exemple de lentille dite « biomimétique » est la lentille Proclear (Coopervision) qui contient de la phosphoryl choline (PC) et de l’HEMA. La PC est censée imiter la chimie naturelle des membranes cellulaires.