用胶原交联术治疗高度近视眼及圆锥角膜的力学生物学机理研究

The mechanobiology characteristics of cornea and sclera relied on the structure and function of collagen fiber in . Research on the mechanobiology behavior change of cornea and sclera, caused by collagen cross-linking, is an important research topic of clinical ophthalmology..To confirm the effect of riboflavin and Ultraviolet-A induced collagen cross-linking to sclera reinforcement and myopia treatment, the length of axis and manifest refraction are measured at different stages postoperatively. Measure the biomechanical characteristic diversity of cells by using of Micropipette aspiration technique; Adopted the RT-PCR, ELISA, Gelatin Zymograp and immunohistochemistry to investigate the expression、contention, activity and deposition of cytokines which can regulate secretion and synthesizion of the extracellular matrix (ECM). The effects of the periodic physiological load after collagen cross-linking to ocular tissues are determined at cellular level. After sclera collagen cross-linking surgery, one can determine the influence on eye global tissues under the effect of periodic physiological loads in cellular level. Creating relevant eye global mechanical finite element model and studying the influence on eye global deformation of IOP after sclera collagen cross-linking therapy, one can analyze in theory whether sclera collagen cross-linking therapy treats high myopia is feasibility or not. Through comprehensive analysis of cell biology, histology and biomechanics, one can understand fully mechanics biological mechanism of treating keratoconus and progressive myopia by collagen cross-linking therapy.

角膜、巩膜的力学生物学特性依赖于其中胶原纤维结构和功能。研究胶原交联引起的巩膜及角膜的力学生物学行为是重要的眼科临床课题。本项目拟用力学生物学方法对上述课题开展研究，包括：在体组与离体组施行UVA-核黄素诱导巩膜胶原交联，检测组织学与生物力学特性；建立离焦性近视动物模型（豚鼠、兔），对后巩膜进行UVA-核黄素诱导交联，检测其眼轴长度和屈光度的变化；对基质细胞进行周期性载荷的基底应变加载培养，微吸管法测试细胞力学特性差异；用RT-PCR法、ELISA法、明胶酶谱法、检测免疫组化法检测调节基质的细胞因子的表达、含量、活性和分布；从细胞水平确定巩膜交联术后周期性生理载荷对眼球组织的影响。建立相应的眼球力学有限元分析模型，分析交联术后，眼内压对眼球变形的影响，从理论上分析巩膜交联术治疗高度近视眼的可行性。通过细胞生物学、组织学和生物力学的综合分析，弄清胶原交联治疗圆锥角膜和高度近视的力学生物学机理

在角膜核黄素-UVA交联术已被国内外临床工作者和科研工作者广泛认可和应用的背景下，该术式是否可以最终用于减缓进行性近视眼轴延长，后巩膜变薄、生物力学性能变弱等临床实践就越来越被关注。本项目针对这一焦点开展了以下研究。.1. 后巩膜核黄素-UVA交联术后近视动物模型的中长期研究. 建立近视的动物实验模型，诱导近视成功后进行后巩膜核黄素-UVA交联术，并在术后1天、10天、1月和3月四个不同时间点对实验动物眼轴、巩膜、脉络膜及视网膜进行一系列测量和检测。结果表明：该术式可以有效控制由近视引起的后巩膜生物力学性质下降、胶原代谢紊乱等不良症状，并这种作用在术后3个月内没有减退现象。初步证明了后巩膜交联术对近视实验动物模型的可行性、有效性和安全性。.2. 不同照射时间下核黄素-UVA胶原交联对兔巩膜安全性及生物力学性质影响的研究.通过对不同照射时间下巩膜生物力学强度与UVA照射时间的关系，及其在实验过程中紫外线灯照射对视网膜是否造成损伤的研究表明：当巩膜厚度为400μm，照射时间在50分钟内，随紫外线照射时间的延长巩膜的透明度逐渐增加，巩膜胶原纤维直径逐渐增加，巩膜厚度逐渐增加，生物力学强度逐渐加强。波长为370nm，功率为3.0mW/cm2的UVA巩膜照射时间在50分钟内是安全的。.3.不同照射方式下核黄素-UVA胶原交联对兔巩膜成纤维细胞MMP-2表达及生物力学变化影响的研究.研究不同照射方式的核黄素-UVA兔巩膜胶原交联实验对兔巩膜成纤维细胞MMP-2表达及细胞生物力学性能的影响，及两种照射方式是否对视网膜造成损伤。研究表明：两种不同的照射方式，对视网膜功能均无影响，具有较高的安全性。两种方式均能使巩膜成纤维细胞的生物力学性能发生显著改变，而两种照射方式之间并未见明显的差别。两种方式均可使巩膜成纤维细胞中基质金属蛋白酶MMP-2的表达量显著升高，并且两组交联眼成纤维细胞间存在显著性差异，一定程度上可以说明这两种不同的照射方式影响巩膜细胞基质代谢的程度有所不同。