7.35.3.2 Formulări polimerice
HEMA (Fig. 6) se obține prin polimerizarea monomerului metacrilat de 2-hidroxietil cu un agent de reticulare, cum ar fi dimetacrilatul de etilenglicol (EGDMA) (Fig. 6) (Fig. 6). Cea mai mare parte a comportamentului hidrofil al HEMA se datorează prezenței grupei hidroxil (OH) la capătul monomerului. În acest loc din polimerul rezultat, are loc o legătură de hidrogen cu moleculele de apă, ceea ce face ca acestea să fie atrase în matricea polimerică. Rezultatul este că lentilele de contact fabricate din pHEMA conțin aproximativ 40% apă în stare complet hidratată.
Fig. 6. Câțiva dintre monomerii utilizați în materialele pentru lentile hidrogel convenționale. HEMA, metacrilat de hidroxietil; NVP, N-vinil pirrolidonă; MMA, metacrilat de metil; Maa, acid metacrilic; EGDMA, dimetacrilat de etilenglicol; GMA, metacrilat de gliceril; DMA, N,N-dimetil acrilamidă.
Adaptat din Maldonado-Codina, M.; Efron, N. In Contact Lens Practice, 2nd ed.; Efron, N., Ed.; Butterworth-Heinemann/Elsevier: Maryland Heights, MO, 2010; p 75.
Lentilele fabricate din pHEMA au fost distribuite pentru prima dată în Europa de Vest în 1962, dar vânzările au fost dezamăgitoare. În 1965, National Patent Development Corporation (NPDC) a cumpărat licența pentru drepturile americane asupra tehnologiei de la cehi. Aceasta a fost ulterior vândută către Bausch & Lomb care, la acea vreme, producea echipamente oftalmologice și lentile pentru ochelari. Bausch & Lomb a rafinat semnificativ procesul de turnare prin rotație al lui Wichterle׳ și, în cele din urmă, a obținut aprobarea de la Food and Drug Administration (FDA) pentru lentilele lor pHEMA în 1971. De această dată, lentilele au devenit rapid foarte populare – atât practicienii, cât și pacienții s-au bucurat de beneficiile unui confort sporit, de un timp de adaptare redus și de proceduri de montare mai ușoare. Cu timpul, din ce în ce mai multe companii și-au dezvoltat propriile lentile pHEMA; cu toate acestea, a devenit curând clar că aceste lentile nu erau lipsite de probleme. Cele mai multe dintre aceste probleme proveneau din faptul că lentilele provocau hipoxie, dar alte probleme legate de toxicitatea soluției și de spolierea lentilelor erau, de asemenea, frecvente.
Producătorii de lentile de contact, prin urmare, aveau două căi posibile de urmat pentru a crește transmisibilitatea oxigenului lentilelor: să dezvolte lentile „hiper-subțiri” sau să dezvolte materiale cu conținuturi mai mari de apă. Producerea de lentile mai subțiri a fost o chestiune relativ simplă pentru designerii de lentile și mai multe astfel de lentile au fost lansate, de exemplu, lentila subțire Hydrocurve (Soft Lenses, Inc.) în 1977 și, ulterior, seria O3 (Bausch & Lomb). Aceste lentile aveau o grosime de 0,035-0,06 mm, ceea ce reprezenta mai puțin de jumătate din grosimea lentilelor pHEMA originale Bausch & Lomb.
Dezvoltarea unor materiale cu un EWC mai mare a dus la dezvoltarea cu succes a copolimerilor HEMA. Una dintre primele copolimerizări reușite a fost cea cu N-vinil pirrolidona (NVP) (Fig. 6). Fracțiunea amidă (N-C=O) este foarte polară și două molecule de apă pot deveni legate de ea prin hidrogen. Copolimerii pe bază de NVP își pierd „senzația” de alunecare a pHEMA și, în consecință, pot fi destul de elastici. Acești copolimeri tind, de asemenea, să aibă rate relativ mari de evaporare a apei, ceea ce poate fi considerat o problemă pentru stabilitatea și confortul lentilelor. Acest lucru se întâmplă deoarece grupul amidă nu leagă apa la fel de puternic ca un grup hidroxil. În plus, acești polimeri sunt semnificativ mai sensibili la temperatură decât materialele pe bază de pHEMA; adică, parametrii lor tind să se modifice odată cu creșterea sau scăderea temperaturii. Acest lucru este important atunci când se scoate o lentilă din ambalajul său (la temperatura camerei, de exemplu, 20°C) și se introduce în ochi (~33°C); adică parametrii lentilei se pot schimba la nivelul ochiului.
Lentilele pe bază de NVP au fost, de asemenea, asociate cu reacții toxice crescute la nivelul epiteliului cornean – observate ca pete de „colorare” pe suprafața corneei, care sunt observate clinic cu ajutorul colorantului fluoresceină16 – și cu scăderea confortului atunci când sunt utilizate împreună cu soluții care conțin niveluri mai ridicate de polihexanidă17,18. Acest lucru nu înseamnă că soluțiile pe bază de polihexanidă nu pot fi utilizate cu lentilele care conțin NVP, ci mai degrabă ar trebui să se țină cont de această interacțiune în cazul în care apar simptome semnificative de colorare a corneei sau de disconfort – acestea pot fi tratate, de obicei, prin simpla schimbare a soluției cu una care să conțină un nivel mai scăzut de polihexanidă sau una fără polihexanidă.
Metacrilatul de metil (MMA) este materialul din care sunt fabricate inițial lentilele de contact rigide, adică PMMA (Fig. 6). Când MMA și NVP sunt copolimerizate, se obține un material complet nou, cu caracteristici foarte diferite față de copolimerii HEMA/NVP (cunoscuți și sub denumirea de HEMA/VP). În funcție de compoziția lor, lentilele de contact fabricate din copolimeri MMA/VP pot conține 60-85% apă. MMA este foarte hidrofob, dar este util în hidrogelurile pentru lentile moi, deoarece conferă polimerilor rezultați o rezistență mecanică sporită.
Un alt monomer hidrofil care a fost utilizat cu mult succes în hidrogelurile pentru lentile de contact este MAA (Fig. 6). Atunci când este adăugat la o formulă polimerică pentru lentile moi, acesta are ca rezultat o lentilă moale cu grupe ionizate (încărcate negativ) în cadrul matricei polimerice, permițând lentilelor să absoarbă mai multă apă. Cu cât cantitatea de MAA este mai mare, cu atât mai mare este EWC al polimerului rezultat. Cantități de MAA în regiunea de 1,5-2,5% vor crește conținutul de apă al unui material HEMA în intervalul mediu de conținut de apă de 50-60%, permițând astfel creșterea semnificativă a permeabilității la oxigen.
După ce lentilele HEMA/MAA au fost fabricate, acestea trebuie să fie ionizate (adică, atomul de hidrogen din grupul carboxil este eliminat). Transformarea grupului carboxil (CO2H) în forma ionizată mai hidrofilă (anionul carboxilat, CO2-) produce o creștere a conținutului de apă. Acest lucru se realizează în mod obișnuit prin spălarea lentilelor în soluție de bicarbonat de sodiu sau în soluție salină tamponată și se numește „extinderea matricei”. Din păcate, utilizarea MAA pentru a crește conținutul de apă al unui polimer are, de asemenea, dezavantajele sale. Printre acestea se numără următoarele:
O lentilă care este extrem de sensibilă la schimbările de tonicitate.19 Ionii Na+ prezenți în soluția salină au ca efect „ecranarea” anionilor carboxilat. În soluțiile hipotonice (de exemplu, apa pură), deoarece acești ioni de ecranare sunt prezenți într-o măsură mult mai mică, se va produce mai multă respingere a lanțului, ceea ce crește umflarea rețelei și, în consecință, EWC-ul materialului. În soluțiile hipertonice, se produce situația inversă și rețeaua materialului se micșorează, ceea ce determină scăderea EWC-ului său.
O lentilă sensibilă la pH.20 Dacă pH-ul soluției în care este scufundată lentila este scăzut (de exemplu, concentrația de ioni de hidrogen este crescută), anionii carboxilat sunt mai protejați și rețeaua devine mai puțin expandată. Acest lucru va determina o scădere a EWC al lentilelor.
Un nivel foarte semnificativ de acumulare de proteine atât pe suprafața lentilelor, cât și în matricea lentilelor.21,22 Cu toate acestea, activitatea biologică a proteinelor depuse, cum ar fi lizozimul, este considerată cea mai relevantă în probleme de biocompatibilitate, cum ar fi conjunctivita papilară legată de lentilele de contact și confortul; adică, proteinele care rămân active (spre deosebire de cele care se denaturează) sunt considerate biocompatibile. S-a constatat că proteina depusă pe lentilele HEMA/MAA se denaturează într-un grad semnificativ mai mic în comparație cu alte materiale pentru lentile.23
Instabilitate dimensională atunci când lentila este dezinfectată termic.
Metacrilatul de gliceril (GMA) este mai hidrofil decât HEMA datorită faptului că monomerul conține două grupe hidroxil (Fig. 6). Acest monomer a fost utilizat în materialele pentru lentile de contact în două moduri principale. Prima metodă a folosit GMA în combinație cu MMA pentru a produce materiale care au un conținut de apă cuprins între 30-42%. Se consideră că aceste materiale sunt mai rigide și mai rezistente decât hidrogelurile pHEMA, dar permeabilitatea lor la oxigen nu este ideală pentru utilizarea în ochi.
A doua metodă a fost aceea de a utiliza GMA în combinație cu HEMA pentru a produce un material pentru lentile de contact cu conținut ridicat de apă, neionic (a fost posibil un conținut de până la ~70%). Se spune că aceste lentile de contact sunt „biomimetice”, adică se pretinde că îmbunătățesc biocompatibilitatea prin imitarea proprietăților hidrofile ale mucinei. Producătorii sugerează, de asemenea, că aceste lentile prezintă o rată scăzută de deshidratare și o rată rapidă de rehidratare, adică au un bun „raport de echilibru al apei.” În plus, se crede că materialele sunt relativ rezistente la depuneri și par a fi relativ insensibile la schimbările de pH în intervalul pH 6-10. Un exemplu de astfel de lentile este materialul hioxifilcon A utilizat în lentilele Clear 1 Day fabricate de Clearlab. Un alt exemplu de așa-numită lentilă „biomimetică” este lentila Proclear (Coopervision) care conține fosforil colină (PC) și HEMA. Se spune că PC imită chimia naturală a membranelor celulare.
.