LENTI A CONTATTO MORBIDE in hydrogels siliconici

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1 LENTI A CONTATTO MORBIDE in hydrogels siliconici

2 STORIA 1508: Disegni e raffigurazioni di diverse tipologie di lenti da parte di Leonardo Da Vinci 1632: Cartesio suggerisce l idea di lenti a contatto corneale 1827: Sir John F. W. Herschel afferma che una lente di vetro può proteggere l occhio da un infezione Tardo 800: Fick, Eugen e Kale, lavorando indipendentemente, mettono a punto gusci di lenti a contatto corneosclerale. Le lenti sono di vetro soffiato e sono modellate a partire dai conigli e dai cadaveri umani. Sono comprensive di tutto l occhio(cornea e sclera), sono efficaci nel proteggere l occhio dalle infezioni della palpebra, ma sono scomode, dolorose e pesanti. 1936: William Feinbloom, un optometrista americano, fabbrica le prime lenti a contatto polimeriche. 1948: Kevin Tuohey disegna le prime lenti a contatto corneali di PMMA (lenti a contatto rigide). Diventeranno commerciali nel : Otto Wichterle scopre l HEMA (idrossimetilmetacrilato)e inventa le prime lenti a contatto morbide. L HEMA è un Hydrogel che può essere trasformato in lenti a contatto tramite semplici tecniche di spin casting(colata da forza centrifuga). E un metodo molto efficiente perchè correzioni ottiche differenti possono essere impostate semplicemente variando la velocità dello spin casting. Anche se l HEMA è stato scoperto dopo il PMMA, l FDA americana lo approva prima! Negli anni la tecnologia delle lenti a contatto cresce rapidamente e si registrano sviluppi sia nella tecnologia che nelle tipologie di polimeri usati nelle lenti. Oggigiorno le lenti sono tagliate con il taglio laser che conferisce precisioni assolute impostate da software. Anche se tutte le lenti a contatto sono costituite da catene amorfe polimeriche interconnesse, il tipo di monomero usato può variare significativamente le proprietà della lente.

3 Gli obiettivi a cui la tecnologia del prodotto è diretta in questo campo sono: 1) l utilizzo prolungato 2)elevata permeabilità all ossigeno 3)il comfort 4)la biocompatibilità

4 Come funzionano? Una lente a contatto morbida copre e aderisce sia alla cornea che al limbo. Questo è possibile perché la lente è morbida e flessibile. La lente galleggia sullo strato lacrimale che è presente sulla superficie dell occhio. La palpebra e l attrazione polimero-lacrima la tengono in posizione. Le rigide invece non sono flessibili e quindi devono essere tagliate in maniera da ricalcare esattamente l occhio. Coprono solo la cornea. Se non sono adattate perfettamente all occhio si possono muovere e non funzionano correttamente. Sono tenute in posizione dal contatto lacrimale e dal preciso adattamento all occhio. Il fenomeno fisico delle lenti è uguale per entrambi i tipi ed è la RIFRAZIONE. Variando forma e spessore possiamo ottenere differenti correzioni ottiche

5 Adesione di depositi La caratteristica più importante è la BIOCOMPATIBILITA. Molti fattori la possono influenzare ma il più influente è la bagnabilità della lente, cioè la capacità che ha la lente di far aderire su di sé molecole di acqua. Le lenti a contatto sono COSTANTEMENTE a contatto con i fluidi oculari che le separano una volte disposte dalla cornea ( è il film lacrimale) Oltre all acqua esso contiene proteine(tra cui enzimi), lipidi, sali di sodio, calcio, bicarbonati. Considerando la bagnabilità, se un polimero è idrofobico, respingerà l acqua che costituisce gran parte del liquido lacrimale. Il risultato è un film di albumina che si deposita sulla lente. Questa riduce il contatto e provoca infiammazione e infezioni. Se è idrofobico quindi un polimero va adeguatamente trattato per essere reso idrofilico con tutti i cambiamenti morfologici superficiali che il trattamento comporta. Inoltre, la carica elettrica che i monomeri e i materiali cross-linkati presentano nella maggior parte delle lenti attrae proteine a loro volta cariche. E un altra causa di deposizione di film sulla lente : un biofilm proteico-lipidico. La lente perde gradualmente le sue proprietà ottiche e si ingiallisce, risultato della diffusione di proteine grassi nella lente

6 Permeabilità L occhio umano non riceve un flusso sanguigno così elevato da assicurare l ossigeno necessario e a rimuovere la CO 2 e necessita dell esposizione all aria. Se la lente a contatto non assicura questa esposizione, si mette a rischio la salute dell occhio. La permeabilità ai gas della lente dev essere quindi assicurata. La permeabilità è misurata tipicamente in unità Barrers (10-10 cm 3 O 2 ( condizioni Standard) cm/cm 2 s cmhg) o Dk in cui D è il coefficiente di diffusione di Ossigeno nel polimero e k il coefficiente di solubilità (per un uso esteso della lente sono accettabili valori attorno ai 100 Barrers) L ossigeno che raggiunge la cornea è inversamente proporzionale allo spessore della lente.

7 Caratteristiche necessarie La lente non deve contaminare l occhio e quindi il metodo di produzione dev essere tale da garantire alla lente l assenza totale di rilascio di monomero o di soluzioni estranee La lente dev essere leggera in modo da non causare dolore all occhio nell uso prolungato ma nello stesso tempo garantire un modulo elastico relativamente elevato per evitare strappi e/o danneggiamenti. Deve essere inoltre facilmente maneggiabile ma soffice flessibile per garantire comfort all occhio. Dev essere inoltre disponibile a costi ragionevoli

8 Lenti a contatto morbide Costituiscono l 85% della domanda odierna contro il 15% delle lenti rigide. Sono costituite da hydrogels di polimeri termoindurenti e come le rigide sono strutturate secondo un reticolo tridimensionale crosslinkato. Le lenti sono morbide perché il polimero è al di sopra della T g L Hydrogel è altamente idrofilico e la permeabilità aumenta all aumentare della quantità di acqua nelle lenti. Quindi un utilizzo prolungato è garantito senza problemi per l occhio proprio grazie agli alti valori di permeabilità. Lo svantaggio risiede nel calo di resistenza del materiale che può essere sensibile a graffi o strappi. Inoltre la protezione della cornea è minore.

9 Primi Hydrogels(acrilici) I primi Hydrogels consistevano di HEMA(idrossietilmetacrilato) cross-linkato con EDMA (etilendimetacrilato) o con EGDMA(etilenglicoledimetacrilato). Si sono poi aggiunti surfattanti : acido metacrilico (MAA) e N vinil pirrolidone(nvp) per aumentare il contenuto di acqua. L MMA (metacrilato di metile) è poco tollerato perché rende il polimero ionico e attrae le proteine. Si è pensato di sostituire l HEMA con il monomero glicerolmetacrilato) che resiste di più al deposito di biofilm. Tipici HEMA/MAA mostrano permeabilità di Barrers. Si noti che il polimero PHEMA è idrofobico ma in presenza di acqua si rigonfia per la presenza dei gruppi OH pendenti. MAA

10 Hydrogel siliconici Cercando di migliorare la permeabilità delle lenti, si è cominciato a produrre lenti da hydrogel siliconici come il polidimetilsilossano (PDMS). Mostrano permeabilità molto superiori agli hydrogels precedenti( fino a 600 Barrers) e mantengono la stessa bagnabilità, il comfort, la resistenza al biofilm delle lenti non siliconiche. Il materiale asciutto si dimostra rigido e fragile ma è in grado di assorbire grandi quantitativi di acqua, rigonfiarsi e diventare morbido e flessibile Ma la permeabilità all ossigeno, al contrario delle non siliconiche, si riduce all aumentare del contenuto di acqua. Inoltre il silicone è idrofobico e al diminuire del contenuto di acqua, la bagnabilità diminuisce rendendo il polimero più sensibile ai depositi lipidici e in minor misura proteici.(in generale per ogni hydrogel se l acqua assorbita aumentasse anche la permeabilità, non lo farebbe necessariamente con la bagnabilità). Si cerca quindi di aumentare la bagnabilità (wetability) del silicone rendendolo idrofilico. L uso di catene laterali al fluoro è diventato molto popolare per incrementare ancora di più la permeabilità. Quando è accoppiato con il silicone la permeabilità all ossigeno è effettivamente aumentata e si incrementa parallelamente la resistenza al deposito lipidico. Ma il fluoro è idrorepellente.

11 Negli hydrogels siliconici, il silicone è combinato con monomeri hydrogel convenzionali. Il componente siliconico offre una permeabilità all ossigeno estremamente alta mentre la componente hydrogel facilita il trasporto di fluidi e il movimento della lente. Il processo di combinazione di queste due componenti è assimilabile alla miscelazione tra olio e acqua, mantenendo trasparenza ottica. Contro la diminuzione di bagnabilità si impiega la tecnologia di Gas plasma surfacing per rendere la superficie idrofilica. Si cerca quindi incorporare due fasi diverse nello stesso materiale

12 Trattamenti al Plasma Le caratteristiche superficiali dell hydrogel siliconico sono alterate dal trattamento al plasma in modo da rendere il materiale bagnabile, cioè idrofilico. L Hydrogel di silicone viene ossidato dal plasma fino a formare sottili isole silicatiche che attraversano la superficie e rimangono intatte quando l hydrogel è idratato (facendolo rigonfiare del 10-20% in volume) e messo sottovuoto in autoclave. In altre parole in una camera sottovuoto viene introdotto ossigeno puro che investito da energia ad alta frequenza si scompone e viene ionizzato (plasma) producendo ossidazione delle superfici. Un altro metodo consiste nell attivazione della superficie della lente da parte del plasma, seguito dalla polimerizzazione indotta di una specie organica che viene poi ossidata sulla superficie da un ulteriore passaggio al plasma. Il rivestimento indotto al plasma aderisce così bene alla superficie che non viene rimosso dalla superficie dall idratazione e dai trattamenti sottovuoto o durante l uso e il maneggiamento. Per I polimeri fluorurati, poichè l ossidazione al plasma indurrebbe delaminazione superficiale, è necessario uno step preliminare di defluorurazione da parte dello stesso plasma Il flusso di ossigeno e di fluidi attraverso la lente non è impedito da queste modificazioni superficiali. I trattamenti sono parte integrante della lente e non rivestimenti facilmente rimovibili dal materiale base.

13 Lenti siliconiche di prima generazione Il lotrafilcon A, materiale delle CIBA VISION, impiega questa struttura bifasica detta anche bicanale. E costituita da un macromero fluoroetereo copolimerizzato con il trimetilsilossano(tris) e il solvente dimetilacrilammide (DMA). L Hydrogel siliconico risultante contiene il 24% di acqua e una permeabilità all ossigeno(dk) di 140 Barrers. Le lenti sono formate da Lotrafilcon A usando un processo di stampaggio industriale standard e le superfici sono modificate in maniera permanente in una reazione gas plasma, per ottenere una superficie continua idrofilica, ultrasottile(25 micron) Il Balafilcon A, materiale delle lenti Bausch and Lomb s PureVision, è una combinazione omogenea di silicone contenente polimetilsilossano copolimerizzato con il monomero idrofilico hydrogel N-vinilpirrolidone(NVP). Ha un contenuto di acqua del 36% e un Dk di 110 barrers. Le lenti sono trattate superficialmente in una camera reattiva al plasma che trasforma i componenti siliconici sulla superficie delle lenti in composti idrofilici silicatici. Ne derivano delle isole di silicati vetrosi e l idrofilicità di queste zone collega le sottostanti regioni idrofobiche di balafilcon.

14 Depositi Il problema principale è l aumento dell assorbimento di lipidi dovuta alla natura idrofobica del silicone. In generale si può affermare che gli hydrogels siliconici sono più portati ad assorbire lipidi(acido oleico, colesterolo) mentre gli hydrogels tradizionali soffrono più il deposito di proteine(enzimi come il lisozima contenuto nel liquido lacrimale).

15 Le proteine del film lacrimale Nel liquido lacrimale umano sono state individuate circa 500 differenti proteine, anche se solo 4 sono presenti in alta concentrazione. Sono tutte prodotte dalla ghiandola lacrimale : lisozima (potente enzima antibatterico) lipocalina (capacità di legarsi i lipidi e prevenzione inattivazione lisozima), lattoferrina(inibizione batterica) immunoglobulina A secretoria (slga)(protezione dall adesione batterica: ruolo fisico) Le lenti ioniche contenenti acido metacrilico attraggono una maggiore quantità di proteine rispetto a quelle prodotte con altri materiali come, per esempio, le lenti non ioniche contenenti n-vinil pirrolidone. Il lisozima, in particolare, ha una carica altamente positiva e viene attratto dalla carica negativa di alcuni polimeri.

16 Principali lipidi nel film lacrimale Esteri cerosi (esteri di acidi grassi e alcol) Colesterolo Colesteril-esteri(esteri del colesterolo) Acidi grassi saturi e insaturi

17 Fosforilcolina ProClear TM technology (BioMateriale) La Fosforilcolina (gruppo di testa delle sfingomieline contenute nelle cellule nervose) é un prodotto di sintesi che imita un fosfolipide della membrana cellulare dei globuli rossi. Le principali proprietá della fosforilcolina sono l'alta resistenza alla disidratazione e l'elevata biocompatibilitá, le quali fanno sí che il prodotto non venga identificato come estraneo all'ambiente biologico e, pertanto accettato senza alcun problema. La lente a contatto diventa biomimetica La lente a contatto che contiene fosforilcolina viene accettata in maniera estremamente compatibile dall'occhio umano. Inoltre la capacitá del materiale ricco di fosforilcolina di legarsi all'acqua ha il vantaggio di ridurre la disidratazione della lente sull'occhio e di consentire una costante elevata trasmissibilitá di ossigeno verso la cornea. sfingomielina fosforilcolina