《Biomaterials Science》：Surface modification of intraocular lenses with zwitterionic poly(carboxybetaine) for posterior capsular opacification prevention
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本研究通过等离子体活化接枝技术，在两性离子单体羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯(CBMA)修饰的人工晶状体(IOL)表面构建了抗污染涂层。该涂层可显著增强IOL亲水性，有效抑制晶状体上皮细胞(LECs)的粘附与增殖，从而在体外和动物模型中均展现出良好的预防后发性白内障(PCO)效果。重要的是，该改性在不影响IOL光学性能（如透光率）和生物相容性的前提下，为解决白内障术后PCO这一常见长期并发症提供了一种具有潜力的新型材料学策略。
引言
白内障是全球范围内可逆性盲的主要原因，其唯一有效的治疗方法是超声乳化吸除混浊晶状体并植入人工晶状体。然而，术后最常见的长期并发症是后发性白内障，主要由残留的晶状体上皮细胞在人工晶状体表面粘附、增殖及上皮-间质转化引起。临床上，术后5年内PCO发病率高达20%至40%。尽管Nd:YAG激光后囊膜切开术是标准治疗手段，但其属于有创干预，可能导致视网膜脱离、损伤人工晶状体光学面和继发性青光眼等并发症。因此，预防PCO发生已成为白内障手术研究的重要焦点。
为降低PCO发生率，研究者们从手术技巧、人工晶状体设计和材料特性等多方面进行了探索。近年来，人工晶状体表面改性成为一个研究热点，它能在保持材料固有光学和机械性能的同时，赋予其特定的生物学功能。两性离子材料因其优异的抗非特异性生物分子和细胞粘附能力而受到关注。其独特的电荷分布能与周围水分子形成强离子-偶极相互作用，在材料界面形成致密、高度有序且能量稳定的水化层，从而赋予表面极强的抗污染特性。相较于传统的肝素和聚乙二醇改性，两性离子材料在抗蛋白污染、生物相容性和长期化学稳定性方面更具优势。
基于此，本研究采用等离子体诱导接枝聚合法，将两性离子单体羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯共价锚定在人工晶状体材料表面，形成了一个纳米级、均匀亲水的抗污染涂层，并系统评估了其表面物理化学特性、光学性能、细胞相互作用及体内抗PCO效果，以探索其在预防继发性白内障方面的潜在应用。
材料与方法
研究使用了羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯单体。以聚对苯二甲酸乙二醇酯和疏水性丙烯酸酯可折叠人工晶状体作为实验基底。表面改性过程为：基底经空气等离子体处理以在表面产生活性自由基，随后浸入不同浓度的CBMA水溶液中，通过一步自由基接枝聚合在表面形成涂层。
表征方法包括水接触角分析表面润湿性，扫描电子显微镜和原子力显微镜观察涂层形貌，酶标仪和光学分辨率测试板评估光学透光率和成像质量。体外抗细胞粘附性能通过人晶状体上皮细胞的活/死染色和CCK-8法评估。通过植入新西兰白兔眼内建立模型，评估其体内抗PCO功效和生物相容性，观察指标包括裂隙灯检查、眼内压测量、角膜内皮细胞评估、视网膜电图以及角膜、虹膜和视网膜组织的苏木精-伊红染色。
结果与讨论
CBMA处理基底的表面润湿性
水接触角测量显示，未改性基底呈明显疏水性。随着CBMA浓度增加，表面亲水性逐渐增强。CBMA2、CBMA4和CBMA8组的接触角分别降至68.3 ± 5.6°、54 ± 3°和23.8 ± 5.5°。这证实CBMA成功接枝到基底表面。由于其两性离子结构，CBMA能在水环境中形成稳定致密的水化层，有效降低表面能，显著增强材料亲水性。
CBMA改性人工晶状体的形貌
选择产生最显著表面变化的8 mg mL-1CBMA进行形貌分析。扫描电镜观察显示，与对照组光滑表面相比，CBMA改性表面被一层薄膜状物质均匀覆盖。原子力显微镜分析进一步证实，CBMA改性表面呈现出纳米级的粗糙度。这些结果表明，CBMA成功接枝在基底表面，形成了均匀稳定的抗污染涂层。
CBMA涂层改性人工晶状体的光学性能
立体显微镜下观察，未改性和CBMA改性的人工晶状体均呈现高透明度，未见可见浑浊。光谱透射率分析进一步显示，经不同浓度CBMA改性的人工晶状体在可见光范围内的光透射率与对照组相当（约93%），无显著差异。这表明尽管CBMA涂层在纳米尺度上改变了表面结构，但并未对人工晶状体的光学性能产生不利影响，满足临床白内障手术的光学质量要求。
CBMA改性人工晶状体的抗粘附特性
人晶状体上皮细胞在不同浓度CBMA处理的基底上培养24小时后，粘附细胞数量随CBMA浓度增加而逐渐减少。CCK-8法检测显示细胞活力呈明显的浓度依赖性降低。对照组细胞活力为99.2 ± 1.3%，而CBMA2、CBMA4和CBMA8组分别降至95.4 ± 2.4%、62.5 ± 3.3%和19.5 ± 1.3%。这些发现表明，CBMA改性有效抑制了人晶状体上皮细胞的粘附和增殖，提示其可能在体内抑制上皮-间质转化和纤维化，从而减轻PCO的形成和发展。-1). Scale bar = 100 μm. (B) CCK-8 assay results for the various treatment groups (n = 6).">
动物模型中抗PCO功效评估
体内实验显示，术后第7天，各组角膜水肿和眼内炎症均明显改善。随着观察期延长，PCO发展的组间差异变得明显。到第21天，对照组表现出最快、最严重的PCO进展，而CBMA4组与对照组相比无显著改善。相比之下，CBMA8组PCO进展显著延迟，中心区域保持高度透明。囊袋观察显示，对照组和CBMA4组囊袋明显混浊并形成显著的Soemmering环，而CBMA8组仅观察到周边Soemmering环形成，瞳孔中心保持清晰。PCO严重程度评分量化显示，对照组囊袋纤维化程度最高，CBMA4组次之，CBMA8组变化最轻微。实验动物眼内压在观察期间均维持在正常范围内。囊袋组织学染色进一步证实了这些发现，对照组和CBMA4组观察到广泛的纤维化增生，而CBMA8组仅观察到轻度纤维化且囊袋厚度显著减小。这些结果表明，CBMA4组在预防PCO方面效果有限，而CBMA8改性则显著抑制PCO进展，突显了增强表面亲水性在预防术后PCO形成中的关键作用。
CBMA改性人工晶状体的体内生物相容性评估
角膜内皮细胞在所有组中均保持规则的六边形排列，细胞密度与未手术的正常组相比无显著差异，表明手术本身是安全的。视网膜电图检查显示，植入CBMA改性人工晶状体的动物，其视网膜电图波形在各组间具有可比性。a波和b波振幅均在正常范围内，b/a波比值未见异常降低，表明CBMA改性人工晶状体未对视网膜生理功能产生不利影响。角膜、虹膜和视网膜组织的组织病理学分析显示，角膜结构完整，虹膜形态正常，视网膜各层结构清晰，无异常组织或炎症反应迹象。这些结果进一步证明，CBMA改性人工晶状体与眼内组织具有优异的生物相容性。
结论
总而言之，通过温和、可控且简便的一步等离子体引发接枝工艺，成功地将一种基于两性离子CBMA的抗污染涂层接枝到人工晶状体表面。CBMA改性人工晶状体在保持优异光学透明度的同时，表现出增强的表面亲水性。体外抗粘附测试证实，该改性有效抑制了晶状体上皮细胞的粘附和增殖，进而在动物模型中预防和减轻了PCO的发展。由于等离子体诱导聚合的共价接枝特性，CBMA涂层有望表现出良好的长期界面稳定性，其在关键术后期间持续的体内抗PCO功效也进一步支持了这一点。这些结果凸显了CBMA功能化作为一种简单有效的表面工程策略，在改善人工晶状体长期生物相容性方面的潜力。未来的工作将侧重于优化涂层稳定性，并在大型动物模型中研究其长期性能和炎症反应，为抑制亲水性人工晶状体PCO的临床转化铺平道路。
