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角膜交联术后角膜生物力学特性:年龄是否有影响?

期刊:Experimental Eye ResearchDOI:https://doi.org/10.1016/j.exer.2021.108839

类型a

角膜交联术后角膜生物力学特性:年龄是否产生影响的研究报告

本研究由Bandar Alenezi、Ahmed Kazaili、Riaz Akhtar和Hema Radhakrishnan共同完成,主要作者分别来自曼彻斯特大学健康科学学院(英国)、卡西姆大学应用医学科学学院(沙特阿拉伯)、利物浦大学工程学院机械、材料与航空航天工程系(英国)以及巴比伦大学工程学院生物医学工程系(伊拉克)。该研究于2021年发表在《Experimental Eye Research》期刊上。

学术背景与研究目的
角膜的生物力学特性随着年龄的增长而发生变化,这种变化归因于自然交联过程的增强,导致角膜基质中胶原纤维之间的共价键数量增加。因此,患者的年龄可能会影响他们对某些角膜治疗(如角膜交联术,CXL)的反应。CXL是一种通过在角膜基质中形成额外交联来增强受损圆锥角膜生物力学特性的治疗方法。尽管已有研究表明CXL可以有效改善成人角膜地形测量值或至少稳定圆锥角膜进展,但目前尚不清楚年轻眼睛是否比老年眼睛从CXL治疗中获益更多。本研究旨在探讨不同年龄组在接受CXL治疗后角膜弹性模量的变化,并评估CXL对角膜基质深度依赖性的影响。

研究流程
本研究包括以下步骤:

  1. 样本获取与分组
    研究使用了12对人类捐赠的眼库角膜(24个角膜),这些角膜由于内皮细胞计数较低被认为不适合移植。角膜被分为三个年龄组:A组(26-41岁)、B组(42-57岁)和C组(58-71岁),每组四个配对样本。所有角膜均按照《赫尔辛基宣言》的规定获取并用于研究。

  2. 角膜交联处理
    每个角膜被安装在人工前房上,右眼角膜接受加速型CXL处理(紫外线A波长10 mW/cm²和核黄素溶液),左眼角膜作为对照未接受任何处理。CXL处理包括在30分钟内每隔5分钟滴加0.1%核黄素溶液,随后进行9分钟的紫外线照射(能量剂量为5.4 J/cm²)。

  3. 样本制备与弹性测试
    交联后的角膜和对照角膜被切成两半,嵌入冷冻组织介质块中并储存于-20°C。使用冷冻切片机(Leica CM-3050-S)从每个角膜的一半获得300微米厚的中央角膜切片,并将其固定在玻璃片上以供纳米压痕测试。

  4. 纳米压痕测试
    使用振荡纳米压痕技术(G200 Nanoindenter, KLA-Tencor)测量角膜切片的剪切储能模量(𝐺′),并通过公式计算弹性模量(E)。实验在室温下进行,角膜厚度被分为三等份,分别对应前部、中部和后部基质。每个基质深度的中心点进行了两次压痕测试,间距为300微米。

  5. 数据分析
    使用SPSS软件进行统计分析,数据符合正态分布,因此采用参数检验方法。重复测量ANOVA用于比较不同基质深度的弹性模量变化,配对t检验用于确定CXL治疗的效果。显著性水平设定为p<0.05。

主要结果
1. 总体弹性模量变化
CXL处理显著增加了角膜的弹性模量,尤其是在前部基质(p=0.00002)和中部基质(p=0.001);但在后部基质中未观察到显著变化(p=0.27)。总体而言,前部基质的弹性模量增加了105.23%,中部基质增加了31.42%,而后部基质无明显变化。

  1. 年龄组间差异
    在前部基质中,A组的弹性模量增加了178.44%,B组增加了119.7%,C组仅增加了50.73%。在中部基质中,A组增加了47.35%,B组和C组分别增加了25%和24.56%。后部基质在各年龄组之间未观察到显著变化。

  2. 逻辑关系与贡献
    结果表明,年轻角膜对CXL治疗的响应更强,这可能与年轻角膜中天然交联较少有关。此外,CXL的效果主要集中于角膜的前半部分,对后部基质影响较小。这些发现支持了CXL治疗应尽早实施以获得更好效果的观点。

结论与意义
本研究表明,CXL治疗对年轻角膜的效果更为显著,提示早期实施CXL治疗可能更有益于圆锥角膜患者。此外,CXL的效果主要集中于角膜的前半部分,对后部基质影响较小。这项研究为理解CXL治疗的年龄相关效应提供了重要的科学依据,同时也为临床实践提供了指导。

研究亮点
1. CXL治疗对年轻角膜更有效。
2. CXL的效果主要集中于角膜的前半部分。
3. 纳米压痕技术是测量角膜生物力学特性的理想工具。

其他有价值内容
研究还探讨了角膜水合作用对实验结果的潜在影响,但通过多种控制措施(如PBS-Dextran溶液维持角膜水合状态)证明其对结果影响较小。此外,研究强调了进一步开发纳米压痕技术的重要性,以便未来能够在临床环境中直接测量角膜弹性。

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