7.35.3.2 Polimer formulák
A HEMA (6. ábra) a 2-hidroxietil-metakrilát monomer polimerizálásával készül, egy keresztkötővel, például etilénglikol-dimetakriláttal (EGDMA) (6. ábra). A HEMA hidrofil viselkedésének nagy része a monomer végén lévő hidroxilcsoport (OH) jelenlétének köszönhető. A keletkező polimerben ezen a helyen hidrogénkötés jön létre a vízmolekulákkal, ami a vízmolekuláknak a polimer mátrixba való behúzódását okozza. Ennek eredményeként a pHEMA-ból készült kontaktlencsék teljesen hidratált állapotban körülbelül 40% vizet tartalmaznak.
6. ábra. A hagyományos hidrogél lencseanyagokban használt néhány monomer. HEMA, hidroxietil-metakrilát; NVP, N-vinil-pirrolidon; MMA, metil-metakrilát; Maa, metakrilsav; EGDMA, etilénglikol-dimetakrilát; GMA, gliceril-metakrilát; DMA, N,N-dimetil-akrilamid.
Maldonado-Codina, M.; Efron, N. In Contact Lens Practice, 2nd ed.; Efron, N. alapján, Ed.; Butterworth-Heinemann/Elsevier: Maryland Heights, MO, 2010; 75. o.
A pHEMA-ból készült lencséket először 1962-ben kezdték el forgalmazni Nyugat-Európában, de az eladások kiábrándítóak voltak. 1965-ben a National Patent Development Corporation (NPDC) megvásárolta a csehektől a technológia amerikai jogainak licencét. Ezt később továbbadták a Bausch & Lombnak, amely abban az időben szemészeti berendezéseket és szemüveglencséket gyártott. A Bausch & Lomb jelentősen továbbfejlesztette a Wichterle׳s spin-casting eljárást, és végül 1971-ben megkapta az FDA (Food and Drug Administration) engedélyét a pHEMA lencséire. Ezúttal a lencsék gyorsan nagyon népszerűvé váltak – mind a gyakorló orvosok, mind a betegek élvezték a nagyobb kényelem, a csökkentett adaptációs idő és a könnyebb illesztési eljárások előnyeit. Idővel egyre több cég fejlesztette ki saját pHEMA-lencséit; azonban hamarosan világossá vált, hogy ezek a lencsék nem problémamentesek. A legtöbb probléma abból adódott, hogy a lencsék hipoxiát okoztak, de gyakoriak voltak az oldat toxicitásával és a lencseszórással kapcsolatos egyéb problémák is.
A kontaktlencse-gyártóknak ezért két lehetséges út állt előttük a lencsék oxigénáteresztő képességének növelése érdekében: “hiper-vékony” lencsék kifejlesztése vagy magasabb víztartalmú anyagok kifejlesztése. A vékonyabb lencsék előállítása viszonylag egyszerű feladat volt a lencsetervezők számára, és több ilyen lencsét is piacra dobtak, például 1977-ben a Hydrocurve vékony lencsét (Soft Lenses, Inc.), majd később az O3 sorozatot (Bausch & Lomb). Ezek a lencsék 0,035-0,06 mm vastagságúak voltak, ami kevesebb mint fele az eredeti Bausch & Lomb pHEMA lencsék vastagságának.
A nagyobb EWC-vel rendelkező anyagok kifejlesztése a HEMA kopolimerek sikeres kifejlesztéséhez vezetett. Az egyik első sikeres kopolimerizáció az N-vinil-pirrolidonnal (NVP) történt (6. ábra). Az amid (N-C=O) rész nagyon poláros, és két vízmolekula hidrogénkötést tud kialakítani hozzá. Az NVP-alapú kopolimerek elveszítik a pHEMA csúszós “tapintását”, és ennek következtében eléggé gumiszerűnek tűnhetnek. Ezeknél a kopolimereknél a víz párolgási sebessége is viszonylag magas, ami problémát jelenthet a lencse stabilitása és kényelme szempontjából. Ez azért következik be, mert az amidcsoport nem köti meg a vizet olyan erősen, mint a hidroxilcsoport. Ezenkívül ezek a polimerek lényegesen hőmérséklet-érzékenyebbek, mint a pHEMA-alapú anyagok; azaz paramétereik hajlamosak változni a hőmérséklet emelkedésével vagy csökkenésével. Ez akkor fontos, amikor egy lencsét kiveszünk a csomagolásából (mondjuk 20°C-os szobahőmérsékleten) és behelyezzük a szembe (~33°C); vagyis a lencse paraméterei a szemen megváltozhatnak.
A NVP-alapú lencséket a szaruhártya-hám fokozott toxikus reakcióival is összefüggésbe hozták – a szaruhártya felszínén “festődésként” megfigyelhető foltok formájában, amelyeket klinikailag fluoreszceinfesték16 segítségével figyelnek meg – és csökkent kényelemmel, ha magasabb polihexanid-tartalmú oldatokkal együtt használják.17,18 Ez nem jelenti azt, hogy a polihexanid alapú oldatok nem használhatók NVP-tartalmú lencsékkel, inkább a kölcsönhatást kell szem előtt tartani, ha jelentős szaruhártya-festődés vagy kellemetlen tünetek jelentkeznek – ezek általában egyszerűen kezelhetők az oldat alacsonyabb polihexanid-tartalmú vagy polihexanidmentes oldatra való cseréjével.
A metil-metakrilát (MMA) az az anyag, amelyből a merev kontaktlencsék eredetileg készülnek, azaz a PMMA (6. ábra). Amikor az MMA-t és az NVP-t kopolimerizálják, egy teljesen új anyagot kapnak, amely a HEMA/NVP (más néven HEMA/VP) kopolimerektől nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkezik. Az MMA/VP kopolimerekből készült kontaktlencsék összetételüktől függően 60-85% vizet tartalmazhatnak. Az MMA nagyon hidrofób, de hasznos a lágy lencsék hidrogéljeiben, mivel az így kapott polimereknek nagyobb mechanikai szilárdságot biztosít.
A másik hidrofil monomer, amelyet nagyon sikeresen alkalmaztak kontaktlencse-hidrogélekben, az MAA (6. ábra). Lágy lencse polimer formulációhoz adva lágy lencsét eredményez ionizált csoportokkal (negatív töltésű) a polimer mátrixon belül, ami lehetővé teszi a lencse számára, hogy több vizet szívjon fel. Minél nagyobb az MAA mennyisége, annál nagyobb a keletkező polimer EWC értéke. Az 1,5-2,5% közötti MAA mennyiségek a HEMA anyag víztartalmát a közepes víztartalom 50-60%-os tartományába emelik, ezáltal lehetővé téve az oxigénáteresztő képesség jelentős növekedését.
Amikor a HEMA/MAA lencséket gyártották, ionizálni kell őket (azaz a karboxilcsoportban lévő hidrogénatomot el kell távolítani). A karboxilcsoport (CO2H) hidrofilebb ionizált formává (karboxilát anion, CO2-) történő átalakítása a víztartalom növekedését eredményezi. Ezt általában a lencsék nátrium-bikarbonát-oldatban vagy pufferelt sóoldatban történő mosásával érik el, és a “mátrix tágításának” nevezik. Sajnos a MAA használata a polimer víztartalmának növelésére hátrányokkal is jár. Ezek közé tartoznak a következők:
A lencse rendkívül érzékeny a tonicitás változásaira.19 A sóoldatban jelen lévő Na+ ionok “árnyékolják” a karboxilát-anionokat. Hipotóniás oldatokban (pl. tiszta víz), mivel ezek az árnyékoló ionok sokkal kisebb mértékben vannak jelen, több lánctaszítás lép fel, ami növeli a hálózat duzzadását és következésképpen az anyag EWC-jét. Hipertóniás oldatokban fordított helyzet áll elő, és az anyaghálózat zsugorodik, aminek következtében az EWC értéke csökken.
Egy pH-érzékeny lencse.20 Ha csökken annak az oldatnak a pH-ja, amelybe a lencsét merítik (azaz nő a hidrogénion-koncentráció), a karboxilát-anionok jobban árnyékolnak, és a hálózat kevésbé duzzad. Ez a lencse EWC-jének csökkenését okozza.
A lencse felületén és a lencsemátrixon belül is nagyon jelentős mennyiségű fehérje rakódik le.21,22 Azonban a lerakódott fehérjék, például a lizozim biológiai aktivitása az, amelyről úgy gondolják, hogy a biokompatibilitási problémák, például a kontaktlencsével kapcsolatos papilláris kötőhártya-gyulladás és a kényelem szempontjából a legfontosabb; vagyis az a fehérje, amely aktív marad (szemben a denaturálódással), biokompatibilisnek tekinthető. A HEMA/MAA lencséken lerakódott fehérje más lencseanyagokhoz képest lényegesen kisebb mértékben denaturálódik.23
Dimenziós instabilitás, amikor a lencsét hővel fertőtlenítik.
A gliceril-metakrilát (GMA) hidrofilebb, mint a HEMA, mivel a monomer két hidroxilcsoportot tartalmaz (6. ábra). Ezt a monomert két fő módon használták kontaktlencse-anyagokban. Az első módszer a GMA-t MMA-val kombinálva használta olyan anyagok előállítására, amelyek víztartalma 30-42% közötti tartományban van. Ezek az anyagok feltételezhetően merevebbek és erősebbek, mint a pHEMA hidrogélek, de oxigénáteresztő képességük nem ideális a szemen belüli használatra.
A második módszer a GMA HEMA-val kombinálva történő felhasználása magas víztartalmú, nem ionos kontaktlencse-anyag előállítására (akár ~70% is lehetséges volt). Ezeket a kontaktlencséket “biomimetikusnak” mondják, vagyis azt állítják, hogy a mucin hidrofil tulajdonságainak utánzásával javítják a biokompatibilitást. A gyártók azt is állítják, hogy ezek a lencsék alacsony kiszáradási és gyors rehidratációs rátát mutatnak, azaz jó “vízháztartási arányokkal” rendelkeznek. Ezen túlmenően az anyagokat viszonylag ellenállónak tartják a lerakódásokkal szemben, és úgy tűnik, hogy viszonylag érzéketlenek a pH-változásokra a pH 6-10 tartományban. Ilyen lencsére példa a Clearlab által gyártott Clear 1 Day lencsékben használt hioxifilcon A anyag. Egy másik példa az úgynevezett “biomimetikus” lencsékre a Proclear lencse (Coopervision), amely foszforilkolin (PC) és HEMA-t tartalmaz. A PC állítólag a sejtmembránok természetes kémiáját utánozza.