Ponad milion Polaków nosi soczewki kontaktowe. Są komfortowe, ułatwiają aktywności fizyczną i zapewniają lepsze pole widzenia niż okulary. Dzisiejsze soczewki kontaktowe to nie tylko korekcja wzroku czy zmiana koloru tęczówki. Potrafią znacznie więcej – mogą posłużyć jako nośniki leków okulistycznych. Jaki materiał można wykorzystać do produkcji soczewek kontaktowych? Na pewno musi on charakteryzować się odpowiednimi właściwościami fizycznymi – przezroczystością i współczynnikiem załamania światła, mieć odpowiednią elastyczność i wytrzymałość, być bioobojętnym, gazoprzepuszczalnym, a także charakteryzować się zwilżalną powierzchnią i łatwością dezynfekcji. Dzisiejsze soczewki kontaktowe spełniają te wszystkie wymagania, ale nie zawsze tak było.
Jak to się zaczęło?
Soczewki kontaktowe były przedmiotem zainteresowania już w
XVI wieku. W 1508 roku Leonardo da Vinci opisywał koncepcję szkieł zakładanych
bezpośrednio na oko. Od teorii do
praktyki udało się przejść dopiero w XIX wieku, ale trudno tu jeszcze mówić o
wielkim sukcesie – soczewki zakrywały całą twardówkę, były wykonane ze szkła, a
co za tym idzie były zbyt ciężkie i mało komfortowe, a ze względu na kruchość
po prostu niebezpieczne.
Pierwsze twarde soczewki
Dużo ograniczeń związanych ze szklanymi soczewkami udało się
pokonać w 1936 roku łącząc szkło z materiałem polimerowym, natomiast w 1938
roku pojawiły się soczewki całkowicie wykonane z tworzywa sztucznego – nowego
polimeru, polimetakrylanu metylu (PMMA, tzw. plexiglass), który pozwalał łatwo się kształtować,
był lekki, jednakże nie przepuszczał tlenu, a soczewki z niego wykonane nadal
były typem „twardówkowym”. W 1947 roku nastąpiła nowa era – era soczewek
rogówkowych. Zmiana konstrukcji soczewek spowodowała, że stały się one lżejsze,
poprawiła się jakość optyczna. Specjalnie zaprojektowane krawędzie miały
zapewniać dostęp filmu łzowego i tlenu do rogówki i zapobiegać rozwojowi
bakterii beztlenowych. Takie rozwiązanie było jednak dalekie od ideału. Choć
przetrwały do czasów współczesnych, obecnie soczewki z PMMA nie cieszą się dużą
popularnością.
Miękkie soczewki kontaktowe
W 1960 Wichterle i Lim - dwóch czechosłowackich chemików,
opracowało nowe, miękkie soczewki wykonane z polimeru absorbującego wodę, tzw.
hydrożelu, a dokładniej z hydroksyetylometakrylanu (HEMA). Mimo wielu zalet materiał wymagał
jeszcze dopracowania ze względu na słabą jakość optyczną i trudności w
codziennej „obsłudze” spowodowane jego dużym uwodnieniem. W 1971 roku firma Bausch&Lomb po
wprowadzeniu udoskonaleń materiału rozpoczęła sprzedaż miękkich soczewek
hydrożelowych.
Kilka słów o hydrożelach
Fazą
formującą w hydrożelach są polimery hydrofilowe o bardzo dużej zdolności do absorpcji
wody, które równocześnie mimo dużego uwodnienia utrzymują przestrzenną
strukturę hydrożelu. Zawartość wody w hydrożelu określana jest przez parametr
EWC (equilibrium water content ), który jest stosunkiem masy wody do
masy całkowitej hydrożelu wyrażonym w procentach. Kolejnym ważnym parametrem
jest przepuszczalność
tlenu określana jako Dk, gdzie D oznacza dyfuzyjność, a k rozpuszczalność.
Przepuszczalność tlenu wyraża się wzorem Dk=1.67*e ^(0.0397EWC) . Jak widać z powyższego
wyrażenia im większa zawartość wody w materiale soczewki, tym wyższa przepuszczalność
dla tlenu. Jednakże należy pamiętać, że wraz ze wzrostem uwodnienia soczewki
wzrośnie też jej wiotkość co może obniżyć komfort noszenia soczewki. Niezbędne
jest więc wypracowanie kompromisu między przepuszczalnościa dla tlenu, a
sztywnością materiału. Soczewki hydrożelowe różnią się między sobą nie tylko stopniem
uwodnienia, ale także ładunkiem powierzchniowym . W przypadku hydrożeli
jonowych ujemnie naładowana powierzchnia będzie przyciągać pozytywnie
naładowane proteiny z filmu łzowego. Brak ładunku powierzchniowego
charakterystyczny dla hydrożeli niejonowych przeciwdziała powstawaniu osadów
białkowych.
Hydrożelowo-silikonowe soczewki kontaktowe
Na soczewkach hydrożelowych nie mogło się jednak zakończyć. Opracowane
w 1971 roku soczewki hydrożelowe nie były pozbawione wad – pojawiały się
powikłania związane ze zbyt małą przepuszczalnością tlenu. W 1999 roku
wprowadzono miękkie soczewki silikonowo-hydrożelowe, które zrewolucjonizowały
branżę. Silikon charakteryzuje się większą przepuszczalnością tlenu, co pozwoliło
na uniezależnienie się od zawartości wody w soczewce, a co za tym idzie dało większe
pole do manewru w dostosowywaniu soczewek do różnych trybów noszenia i
podnoszeniu komfortu użytkowania z zachowaniem optymalnej jakości widzenia.
Soczewki sztywne gazoprzepuszczalne RGP
Choć lata 70 zdecydowanie należały do soczewek miękkich, pod
koniec dekady dostępna stała się nowa alternatywa – sztywne soczewki
gazoprzepuszczalne (pracowano nad nimi już dużo wcześniej). Co się kryje pod tą
nazwą? Soczewki wykonanego z twardszego materiału niż w przypadku soczewek
miękkich - z octanomaślanu celulozy (CAB), kombinacji PMMA i silikonu lub
samego silikonu - ale w przeciwieństwie
do PMMA o dużej przepuszczalności tlenu. Służą do korekcji bardziej
zaawansowanych wad wzroku, na przykład dużego astygmatyzmu, a także – w przypadku
tzw. ortosoczewek zakładanych na noc – dają możliwość usunięcia m.in. krótkowzroczności.
Nie należy ich mylić z twardymi soczewkami starego typu. Jak nazwa wskazuje są
to soczewki o dużej przepuszczalności tlenu. W porównaniu do soczewek miękkich są
mniejsze, bardziej wytrzymałe i odporne na białkowe osady.
Systemy uwalniania leków
Idea uwalniania
leków z soczewek wbrew pozorom nie jest nowa. O takim rozwiązaniu myślał już Otto
Wichterle – twórca pierwszych soczewek hydrożelowych. Hydrożele są materiałami pozwalającymi na
enkapsulację, a więc zamykanie substancji czynnych w strukturze i ich następne
kontrolowane uwalnianie poprzez sterowanie parametrami fizyko-chemicznymi
hydrożelu. Niestety, ówczesny pomysłodawca wyprzedzał swoje czasy – brakowało
metod pozwalających na badanie zjawiska uwalniania leku. Wyższość uwalniania
leków z soczewek nad kroplami czy maściami wyniki z dużo większej wydajności i
możliwości kontrolowania czasu w jakim działa lek. Obecnie naukowcom udało się już stworzyć
soczewkę uwalniająca lek na jaskrę. Trwają
badania kliniczne. Zespoły badawcze na całym świecie pracują nad możliwością
uwalniania z soczewek również antybiotyków czy płynów nawilżających.
Małe laboratotarium
Uwalanianie leków to jeszcze nie koniec możliwości soczewek
kontaktowych. Mogą zostać wykorzystane jako biosensory. Soczewka Sensimed'sTriggerfish pozwala monitorować ciśnienie w gałce ocznej istotne w
diagnozowaniu jaskry. Jej działanie
opiera się na wykorzystaniu tensometru reagującego na zmiany ciśnienia, a
następnie przekazującego dane do procesora, skąd poprzez antenę
nadawczo-odbiorczą zostają przesłane drogą radiową do rejestratora na szyi
pacjenta. Jako, że poziom glukozy można monitorować nie tylko na podstawie
krwi, ale i łez kolejnym pomysłem, rozwijanym przez Google’a jest soczewka dla cukrzyków. Firma uzyskała
już patent, ale nie wiadomo kiedy produkt mógłby trafić na rynek.
Literatura:
1. Health
Case Study 31: The Contact Lens Industry: Structure, Competition, and Public
Policy; Ch. 2—The Development of Contact Lenses.
2. Janusz Pluta, Bożena Karolewicz, Hydrożele: właściwości i
zastosowanie w technologii postaci leku. I. Charakterystyka hydrożeli.
3. Adam Rojek, Piotr Michałowski, Soczewki kontaktowe.
4. C Maldonado-Codina et al. Optometry in Practice Vol 4 (2003), pp. 101 –
115.
5. http://www.pryzmat.pwr.edu.pl/wiadomosci/1504.
6. http://inzynieria-aparatura-chemiczna.pl/pdf/2014/2014-4/InzApChem_2014_4_274-275.pdf.
7. http://www.polimery.am.wroc.pl/pdf/2014/44/2/83.pdf.