Investigation on the intracorneal lens material biocompatibility using the model of the corneal stromal cell culture

Aim. To investigate cell reaction to different materials, potentially suitable for intracorneal lens (ICL) production.

Materials and methods. A plane surface (2D) corneal stromal cell culture was performed in the presence of different experimental polymer samples, such as hydroxyethylmethacrylate, oligourethanemethacrylate and polymethylmethacrylate. The dynamics of cell numbers was evaluated over culture time. Conclusion on biocompatibility was made based on obtained data.

Results. In each of the experimental groups there was a trend toward a steady increase in the number of cells from the 1st to 6th day of observation, the shapes of the cell growth curves showed no toxicity of materials and their ability not to interfere with cell proliferation. Cell proliferation in the contact to hydroxyethylmethacrylate and oligourethanemethacrylate materials was statistically significantly lower (p < 0.001) than in the presence of polymethylmethacrylate, which makes a strong case for their preferential usage for implantation into the stroma of the corneal optical area. When comparing the results obtained on the 6th day, the cells in the presence of the implant of hydroxyethylmethacrylate showed significantly less tendency to proliferate, than in the presence of oligourethanemethacrylate (p < 0.001). However, these differences were statistically significant not in all days.

Conclusions. The results obtained have shown the absence of toxicity in experimental material samples and their low adhesive properties with respect to the stromal cell culture, thereby confirming its potential suitability for intracorneal implantation.

1. Мушкова ИА, Дога АВ, Бессарабов АН. Лазерная термокератопластика: рефракционные и функциональные результаты при коррекции гиперметропического и смешанного астигматизма. Современные технологии в медицине. 2011; 2: 47–51. Mushkova IA, Doga AV, Bessarabov AN. Lazernaya termokeratoplastika: refrakcionnye i funkcional’nye rezul’taty pri korrekcii gipermetropicheskogo i smeshannogo astigmatizma. Sovremennye tekhnologii v medicine. 2011; 2: 47–51.

2. Petrash JM. Aging and age-related diseases of the ocular lens and vitreous body. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2013; 54 (14): ORSF54–ORSF59.

3. Charman WN. Developments in the correction of presbyopia II: surgical approaches. Ophthalmic and Physiological Optic. 2014; 34: 1–30.

4. Хенч Л, Джонс Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей. М.: Техносфера, 2007. 304 с. Hench L, Dzhons D. Biomaterialy, iskusstvennye organy i inzhiniring tkanej. M.: Tekhnosfera, 2007. 304.

5. Багров СН, Маклакова ИА, Ларионов ЕВ, Тимошкина НТ, Медведев ИБ, Карамян AA и др. Способ улучшения биосовместимости интракорнеальных линз из гидрогелей с тканями роговицы методом насыщения их раствором гликозаминогликанов. Рацпредложение № 1174 от 10.06.98. Офтальмохирургия. 1999; 1: 71–72. Bagrov SN, Maklakova IA, Larionov EV, Timoshkina NT, Medvedev IB, Karamyan AA i dr. Sposob uluchsheniya biosovmestimosti intrakorneal’nyh linz iz gidrogelej s tkanyami rogovicy metodom nasyshcheniya ih rastvorom glikozaminoglikanov. Racpredlozhenie № 1174 ot 10.06.98. Oftal’mohirurgiya. 1999; 1: 71–72.

6. Семенов АД, Дога АВ, Мушкова ИА, Антонова ЕГ, Бессарабов АН. Лазерная термокератопластика (ЛТК): калориметрические, спектроскопические и морфологические исследования. Офтальмохирургия. 2005; 3: 4–11. Semenov AD, Doga AV, Mushkova IA, Antonova EG, Bessarabov AN. Lazernaya termokeratoplastika (LTK): kalorimetricheskie, spektroskopicheskie i morfologicheskie issledovaniya. Oftal’mohirurgiya. 2005; 3: 4–11.

7. Ahmad KA, Ahmad MR. A Review of Cell Adhesion Studies for Biomedical and Biological Applications. Tseng F-G, ed. International Journal of Molecular Sciences. 2015; 16 (8): 18149–18184.

8. Arlt EM, Krall EM, Moussa S, Grabner G, Dexl AK. Implantable inlay devices for presbyopia: the evidence to date. Clin. Ophthalmol. 2015; 9: 129–137.

9. Amzallag T, Pynson J. Biomatériauxdans la chirurgie du cristallin. J. Fr. Ophtalmol. 2007 Sep; 30 (7): 757–767.

10. Boxer Wachler BS, Chandra NS, Chou B, Korn TS, Nepomuceno R, Christie JP. Intacs for keratoconus. Ophthalmology. 2003; 110: 1031–1040.

11. Daxer A. Adjustable intracorneal ring in a lamellar pocket for keratoconus. J. Cataract. Refract. Surg. 2010; 26: 217–221.

12. Andreghetti E, Hashimoto M, Domingues MA, Antunes VA, Segundo PS, Silva MR. Biocompatibility of Ferrara intracorneal ring segment with and without chondroitin sulfate coating. Clinical and histopathological evaluation in rabbits. Acta Cir. Bras. 2013 Sep; 28 (9): 632–640.

13. Pesando PM, Ghiringhello MP, Di Meglio G, Romeo S. Treatment of keratoconus with Ferrara ICRS and consideration of the efficacy of the Ferrara nomogram in a 5-year follow-up. Eur. J. Ophthalmol. 2010 Apr; 71: 20.

14. Малюгин БЭ, Измайлова СБ, Поручикова ЕП, Семыкин АЮ. Результаты комплексного лечения пациента с прозрачной маргинальной дегенерацией роговицы (клинический случай). Офтальмохирургия. 2015; 3: 47–53. Malyugin BEh, Izmajlova SB, Poruchikova EP, Semykin AYu. Rezul’taty kompleksnogo lecheniya pacienta s prozrachnoj marginal’noj degeneraciej rogovicy (klinicheskij sluchaj). Oftal’mohirurgiya. 2015; 3: 47–53.

15. Краснов ММ. Первый опыт хирургического исправления близорукости и афакии методом рефракционной кератопластики (операции кератомилеза и кератофакии). Вестник офтальмологии. 1970; 2: 24–28. Krasnov MM. Pervyj opyt hirurgicheskogo ispravleniya blizorukosti i afakii metodom refrakcionnoj keratoplastiki (operacii keratomileza i keratofakii). Vestnik oftal’mologii. 1970; 2: 24–28.

16. Федоров СН, Захаров ВД. Операции кератомилеза и кератофакии. Вестник офтальмологии. 1971; 2: 19– 24. Fedorov SN, Zaharov VD. Operacii keratomileza i keratofakii. Vestnik oftal’mologii. 1971; 2: 19–24.

17. Van Rij G. Alloplastic intracorneal lenses. Refractive and Corneal Surg. 1989; 5: 148–149.

18. Мороз ЗИ, Леонтьева ГД, Новиков СВ, Гурбанов РС. Рефракционные результаты имплантации интрастромальных роговичных сегментов на основе гидрогеля у пациентов с кератоконусом. Офтальмохирургия. 2009; 1: 14–17. Moroz ZI, Leont’eva GD, Novikov SV, Gurbanov RS. Refrakcionnye rezul’taty implantacii intrastromal’nyh rogovichnyh segmentov na osnove gidrogelya u pacientov s keratokonusom. Oftal’mohirurgiya. 2009; 1: 14–17.

19. Малюгин БЭ, Морозова ТА. Исторические аспекты и современное состояние проблемы мультифокальной интраокулярной коррекции. Офтальмохирургия. 2004; 3: 23–29. Malyugin BEh, Morozova TA. Istoricheskie aspekty i sovremennoe sostoyanie problemy mul’tifokal’noj intraokulyarnoj korrekcii. Oftal’mohirurgiya. 2004; 3: 23–29.

20. Борзенок СА, Малюгин БЭ, Гаврилова НА, Комах ЮА, Тонаева ХД. Алгоритм заготовки трупныx роговиц человека для трансплантации. Методические рекомендации. Офтальмология. М., 2016. Borzenok SA, Malyugin BEh, Gavrilova NA, Komah YuA, Tonaeva HD. Algoritm zagotovki trupnyh rogovic cheloveka dlya transplantacii. Metodicheskie rekomendacii. Oftal’mologiya. M., 2016.

21. Фрешни РЯ. Культура животных клеток. Практическое руководство: Пер. с англ. М.: Бином, 2010. 691 с. Freshni RYa. Kul’tura zhivotnyh kletok. Prakticheskoe rukovodstvo: Per. s angl. M.: Binom, 2010. 691.