Влияние поверхностной химии и наномеханических свойств тонких пленок метакрилатных сополимеров на адгезию кератоцитов

Введение

Кератопротезирование является альтернативным методом лечения нарушений зрения, вызванных заболеваниями роговицы. Однако из-за известных послеоперационных осложнений, связанных с доступными кератопротезами, существует необходимость в поиске новых материалов для имплантатов. В данном исследовании изучается пригодность двух сополимеров на основе метакрилата в качестве материала для роговичных имплантатов.

Цель

Исследование направлено на оценку способности сополимеров poly(2-метоксиэтилметакрилат-со-2-гидроксиэтилметакрилат) (15% MEMA: 85% HEMA) и poly(2-феноксиэтилметакрилат-со-2-гидроксиэтилметакрилат) (15% PhEMA: 85% HEMA) поддерживать адгезию кератоцитов человека, а также изучение влияния химических и механических свойств этих материалов на клеточную адгезию.

Методы

Для оценки свойств сополимеров использовались следующие методы:

• Термогравиметрический анализ (TGA) для определения термической стабильности.
• Спектроскопия генерации суммарной частоты (SFG) для анализа химического состава поверхности.
• Атомно-силовая микроскопия (AFM) для изучения топографии и механических свойств.
• Флуоресцентная микроскопия для визуализации F-актиновых филаментов в кератоцитах.

Результаты

Оба сополимера продемонстрировали термическую стабильность с температурой стеклования в диапазоне 75–80 °C и отсутствием деградации до 190 °C. SFG-спектроскопия выявила наличие метиленовых (CH₂) и α-метильных (α-CH₃) групп на поверхности, а также сигнатуры метокси (-OCH₃) и фенокси (-OPh) групп. AFM показала, что 15% MEMA: 85% HEMA имеет более шероховатую поверхность (RMS = 56 нм), но обладает большей эластичностью (модуль Юнга 0,39 ГПа) по сравнению с 15% PhEMA: 85% HEMA. Флуоресцентная микроскопия подтвердила, что кератоциты предпочитают адгезию на более жестком субстрате (15% PhEMA: 85% HEMA).

Выводы

Исследование показало, что жесткость субстрата играет ключевую роль в адгезии кератоцитов. Сополимер 15% PhEMA: 85% HEMA, обладающий большей жесткостью, оказался более предпочтительным для клеточной адгезии, что делает его перспективным материалом для роговичных имплантатов. Полученные данные могут быть использованы для разработки новых биосовместимых материалов в офтальмологии.

Термины и сокращения

• Kpro (Keratoprosthesis) – кератопротез, искусственная роговица.
• MEMA (2-methoxyethyl methacrylate) – 2-метоксиэтилметакрилат.
• HEMA (2-hydroxyethyl methacrylate) – 2-гидроксиэтилметакрилат.
• PhEMA (2-phenoxyethyl methacrylate) – 2-феноксиэтилметакрилат.
• SFG (Sum Frequency Generation Spectroscopy) – спектроскопия генерации суммарной частоты.
• AFM (Atomic Force Microscopy) – атомно-силовая микроскопия.
• TGA (Thermogravimetric Analysis) – термогравиметрический анализ.
• RMS (Root-Mean-Square) – среднеквадратичное значение шероховатости.