抑制粘附，亦或诱导生长？- - 人工晶状体材料表面功能化修饰对LECs行为的调控研究

Posterior capsule opacification (PCO, also called secondary cataract) is a significant complication of intraocular lens (IOLs) implantation in cataract treatment. The key issue of PCO is the attachment and proliferation of the remaining lens epithelial cells (LECs) onto the IOLs surface after cataract surgery. Surface design of material provides an effective way to control the cell behavior on material surface. In this proposal, the surface property of IOLs was tailed to control the LECs attachment and proliferation via Layer-by-Layer (LbL) and microcontact printting (μCP) techniques. First, the photo-crosslinkable groups are to be incorporated into the polyelectrolyte to construct photo-crosslinkable multilayer films. Taking advantage of the high controllability of the photo-crosslinking reaction, the modulus of the multilayer films is to be regulated by the degree of photo-crosslinking. The relationship of IOLs surface rigidity and LECs behavior is to be investigated and so as to get a LECs resistant multilayer coating on IOLs surface. Then, patterned surface is to be constructed on the IOLs surface via the combination of LbL and μCP techniques. The rigidity or the cell growth factors is to be patterned by PDMS stamping on cell-resistant multilayer surface, aiming to induce the LECs regular growth. The relationship of LECs regular growth on IOLs surface and decreased PCO formation is to be investigated. The surface design of IOLs to control LECs behavior may provide a potential way to inhibit PCO formation after IOLs implantation.

人工晶状体植入后面临着后囊混浊高发生（即后发性白内障）的临床问题，主要是其表面晶状体上皮细胞的无规粘附生长所致。通过对材料进行表面设计可以对其表面细胞行为进行有效调控。本项目针对人工晶状体材料表面晶状体上皮细胞行为调控的关键问题，通过材料表面设计，获得可有效调控晶状体上皮细胞粘附行为的人工晶状体材料。即：将层层组装技术与可控交联技术相结合，利用光交联的高度可控性，构建较大模量范围内硬度可控的多层膜涂层，为研究人工晶状体材料表面硬度对晶状体上皮细胞粘附功能的影响规律提供有效的技术平台；通过对人工晶状体材料表面进行图案化处理，构建具有涂层硬度/细胞诱导分子图案化结构的人工晶状体材料表面，探索图案化表面对晶状体上皮细胞粘附、生长等功能的主动调控，为设计和构建人工晶状体材料表面性质调控晶状体细胞功能提供可靠的科学依据，并为人工晶状体材料表面设计抑制后发性白内障提供坚实的技术基础。

后发性白内障是目前白内障手术的主要并发症，其根本原因是术后残余晶状体上皮细胞（LEC）在人工晶状体材料表面的粘附，及其随后的增殖、移行和上皮-间质转分化等一系列细胞在植入材料表面的行为。本项目通过人工晶状体材料表面功能化修饰来调控LEC行为，从而抑制后发性白内障的发生。. 通过多巴胺自聚合方法在人工晶状体材料表面修饰仿贻贝粘连蛋白结构的聚多巴胺层，利用其表面的高反应活性位点接枝上巯基化透明质酸，获得表面透明质酸功能化的人工晶状体材料。接触角、紫外光谱等研究表明，通过控制反应条件，该修饰层具有良好的亲水性，且对材料的光透过率影响不大。体外细胞培养结果表明透明质酸涂层修饰能显著减低LEC、巨噬细胞的粘附。. 通过表面引发可逆加成-断裂链转移（SI-RAFT）聚合方法在人工晶状体材料表面原位接枝聚乙二醇（PEG）, 获得表面梳状PEG功能化的人工晶状体材料。研究表明通过SI-RAFT聚合这种“graft-from”方法制备的梳状PEG涂层具有优越的亲水性，能显著减低LEC粘附，兔皮下植入及眼内植入等体内研究表明梳状PEG修饰的人工晶状体具有良好的组织相容性，且能抑制后发性白内障的发生。. 通过层层静电组装方法在人工晶状体材料表面构建仿细胞外基质组成和功能的透明质酸/壳聚糖多层膜，获得仿生多层膜功能化的人工晶状体材料。研究表明该聚多糖多层膜具有高亲水溶胀特性。体外生物粘附研究表明，该多层膜修饰人工晶状体降低蛋白质和细菌粘附，且对LEC的粘附抑制极其显著，同时具有杀菌的性能。体内研究表明，该多层膜具有良好的眼部组织相容性，且具有抑制后发性白内障发生的效果。. 在这些研究的基础上，本项目也尝试从另外的角度对人工晶状体材料进行功能化，从不同方面调控LEC行为。通过模板压印法制备图案化人工晶状体，结果显示带状图案化的人工晶状体材料表面的LEC呈现诱导性粘附、取向性生长的特点；对PMMA人工晶状体材料进行本体改性，通过自由基共聚合方法合成了掺杂有核壳结构的有机-无机纳米杂化物多聚倍半硅氧烷（POSS）的PMMA-POSS共聚物，发现POSS的加入具有改善材料生物相容性效果。这些研究为减低后发性白内障的发生提供了新的方法和思路。