Введение
Проблема достижения прозрачности оптических средств является одной из основных в офтальмохирургии, особенно во время проведения сложных комбинированных операций, при таких заболеваниях, как помутнение роговицы и отслойка сетчатки [1, 2].
У тех пациентов, которые страдают отслойкой сетчатки, оказание ранней высококвалифицированной хирургической помощи является залогом успеха в лечении. Однако в тех случаях, когда заболевание сетчатки осложнено наличием помутнения роговицы, врач лишается возможности полноценной визуализации структур глаза и проведения манипуляции на них [3].
Ранее пациенты с сочетанными заболеваниями роговицы и сетчатки нуждались в хирургической операции, которую проводили в несколько этапов. Это обстоятельство увеличивало время их временной нетрудоспособности и требовало повторных вмешательств только после полного заживления пересаженной роговицы [4, 5].
Более эффективным и быстрым решением проблемы для таких пациентов может являться выполнение комбинированного хирургического вмешательства с использованием временного кератопротеза [6, 7].
Временный кератопротез является медицинским устройством, предназначенным для временного закрытия операционной раны в роговице во время проведения сочетанных реконструктивных операций на переднем и заднем отрезках глазного яблока [8].
В настоящее время в практическом здравоохранении используется ограниченное количество подобных изделий медицинского назначения, имеющих регистрационное удостоверение [9, 10]. Анализ ряда зарегистрированных изобретений показал, что некоторые варианты временных кератопротезов имеют низкие функциональные качества, отсутствует возможность их повторного использования из-за слабой конструкции, имеются сложности с установкой. Также имеется недостаточное количество информации об их клинической эффективности и безопасности.
Использование в ходе комбинированных операций временного кератопротеза, имеющего высокие технические характеристики, удобного в применении и долговечного по сроку службы, существенно облегчит работу хирургов, положительно скажется на прогнозах для пациентов в послеоперационный период, сократит время их пребывания в клинике, уменьшит количество анестезий и сократит период нетрудоспособности.
Актуальность и новизна данной работы заключаются в том, что, согласно имеющейся научной и практической информации, предложенное техническое решение, отвечающее всем поставленным задачам, не применялось в офтальмохирургии ранее.
Цель исследования: разработка медицинского изделия для временного блокирования операционной раны в роговице при выполнении реконструктивных операций на глазном яблоке и исследование его физических свойств.
Содержание статьи
Материал и методы
Настоящая работа выполнена на базе Оренбургского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России совместно с инженерами ООО «МИКВИД». Оценка физических параметров разработанного кератопротеза проводилась при поддержке центра коллективного пользования «Институт микро- и нанотехнологий» Оренбургского государственного университета.
С учетом выявленных недостатков существующих запатентованных временных кератопротезов нами были сформулированы основные технические требования к новой модели кератопротеза. Эти требования включают:
медицинское изделие (МИ) должно быть прозрачным и гладким, что обеспечит возможность визуализации операционного поля и выполнения хирургических манипуляций на заднем отрезке глаза;
процесс установки МИ на поверхность глаза должен быть простым и минимально травматичным для тканей глаза;
МИ должно быть безопасным в токсикологическом отношении, не вызывать нежелательных аллергических реакций и выраженных воспалительных процессов у пациентов.
С целью реализации возможности многоразового использования данного МИ нами была разработана двусоставная модель временного кератопротеза (рис. 1). Конструкция изделия включает: кoрпус с тремя фиксирующими элементaми, рaспoлoженными рaвнoудaленнo друг oт другa нa нижней пoверхнoсти, выпoлненными с вoзмoжнoстью их зaведения в oперaциoнную рaну. Кoрпус выпoлнен в виде утолщенного кoльцa с выемкoй для встaвки оптического элемента.
При выборе размера корпуса временного кератопротеза мы ориентировались на диаметр трепанационного отверстия в роговице реципиента, условное значение которого составляло 8 мм. Важно, чтобы корпус МИ перекрывал зону операционного доступа на 2 мм с каждой стороны. Таким образом, запланированная длина корпуса кератопротеза достигала 12 мм. Такой подход обусловлен необходимостью достижения полной герметизации операционной раны, минимизации послеоперационного уплощения оптической поверхности и снижения риска развития вторичной глаукомы.
При создании оправы были изучены различные материалы (пластики и металлы). Для производства изделия было опробовано несколько технологий обработки пластика: FDM и фотополимерная 3D-печать, литье пластика в формы, а также метод термопрессования. Изначально линза кератопротеза изготавливалась из стекла или различных пластиковых материалов. Стекло отличалось высокой прозрачностью, однако его хрупкость значительно увеличивала риск повреждений при работе с кератопротезом, что могло привести к травмам глаза. Проведенные испытания показали, что конструкция с заменяемой линзой оказалась неудобной в эксплуатации. С учетом выявленных недостатков двухкомпонентного устройства было принято решение изготавливать кератопротез из одного цельного материала. Также на основе результатов пробной установки кератопротеза на кадаверных свиных глазах (n=10) было решено доработать имеющуюся модель: заменить одну из ножек на ушко с отверстием для подшивания.
Итоговый экспериментальный образец временного кератопротеза был изготовлен из пластика методом термопрессования. Для работы был создан компактный термопресс, оснащенный пресс-формами из стали. В качестве исходного материала был использован подготовленный лист поликарбоната толщиной 1 мм.
Вследствие того, что сам кератопротез представляет собой твердый прозрачный полимерный образец, для исследования его структуры применялись методы оптической и зондовой микроскопии. Оптическая микроскопия осуществлялась с помощью инвертированного оптического микроскопа Olympus CKX-41 (Olympus, Япония). Оценку степени шероховатости поверхности протеза исследовали с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) с использованием микроскопа «СММ-2000» (ОАО «Завод Протон-МИЭТ», Россия) в контактном режиме. В этом режиме использовался кантилевер с относительно малым коэффициентом жесткости, что позволяет обеспечить высокую чувствительность и избежать повреждения полимера от чрезмерного воздействия зонда на образец.
Спектр поглощения кератопротеза в видимой области был получен с помощью двухканального оптоволоконного спектрометра AvaSpec (Avantes, Нидерланды). Для исследования фотостойкости на кератопротез воздействовали излучением галогеновой лампы (Elektrostandard, Китай) мощностью 10 Вт в течение 4 ч. При выборе времени экспонирования образцов исходили из принципа разумной достаточности, подразумевая, что время имплантации пациенту, когда кератопротез находится под воздействием прямых лучей, значительно меньше 4 ч.
Мониторинг изменения химического состава образца проводили с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) с использованием рамановского микроскопа RamMics М532 (Enspectr, Россия) при длине волны зондирующего лазера 532 нм (конструкция имеющегося у нас рамановского микроскопа предусматривает только одну длину волны 532 нм).
Результаты исследования
Поликарбонат продемонстрировал превосходные механические свойства и высокую степень прозрачности, что имеет ключевое значение для обеспечения оптимальной видимости и функциональности протеза. Кроме того, материал обладает высокой термостойкостью и устойчивостью к воздействию ультрафиолетового излучения, что способствует увеличению срока службы изделия. После процесса прессования изделие подвергалось обрезке по периметру, последующей шлифовке краев, а ножки изделия нагревались и формовались с использованием специального инструмента (рис. 2). На заключительном этапе в изделии высверливали отверстие, предназначенное для фиксации кератопротеза к тканям глаза.
При апробации последней модификации временного кератопротеза на кадаверных глазах свиней было продемонстрировано, что использование разработанной конструкции изделия позволило значительно сократить время установки протеза и минимизировать травматическое воздействие на структуры глазного яблока по сравнению с аналогами (рис. 3). Протез обеспечивал плотное прилегание к тканям, что способствовало эффективной герметизации полости глаза, а высокая прозрачность материала позволяла визуализировать сетчатку без существенных затруднений.
Относительно представленных фотографий поверхности кератопротеза, сделанных с помощью инвертированного оптического микроскопа, можно сказать, что поверхность пластика достаточно однородная, с небольшими включениями, вызванными, скорее всего, технологическим циклом производства. Размер таких включений не позволяет визуализировать их обычным человеческим глазом, без применения специализированного оборудования (рис. 4, 5).
На рисунке 6 приведено полученное АСМ-изображение поверхности кератопротеза. Как следует из рисунка, поверхность при таких разрешениях, конечно, менее однородна, чем в режиме просвечивающего оптического микроскопа, однако измеренные в различных точках коэффициенты шероховатости поверхности Ra находились всего лишь в нанометровом диапазоне (рис. 7).
При исследовании спектральных характеристик кератопротеза установлены области значительного поглощения светового излучения, что вызывает необходимость проверки фотостойкости полимерного материала на предмет образования нежелательных компонентов на поверхности во время проведения хирургического вмешательства. Конечно, как и все полимеры, материал для протезирования имеет широкую полосу поглощения в ультрафиолетовой (УФ) области спектра, коэффициенты экстинкции в диапазоне длин волн 200–300 нм очень велики. Но операция проводится с использованием только ламп с видимым светом, так как УФ-излучение небезопасно для человека. Поэтому, прежде всего, представляет интерес фотостойкость полимера именно под воздействием видимого излучения, тем более что спектр поглощения видимой области фиксирует полосу поглощения в диапазоне 460–660 нм (рис. 8).
На рисунке 9 приведен спектр комбинационного рассеяния исследуемого кератопротеза до воздействия видимого излучения. Расшифровка его с помощью базы данных Sadtler Standards Raman показала наличие ароматических и эфирных групп, характерных для полимеров на основе сложных полиэфиров терефталевой кислоты. На рисунке 10 представлены КР-спектры до и после многочасового облучения кератопротеза светом галогеновой лампы. Как следует из вышеприведенного рисунка, спектры полностью идентичны.
Обсуждение
Результаты исследования подтверждают высокую эффективность и перспективность поликарбоната в качестве материала для временных кератопротезов. Поликарбонат обладает высокой прочностью, прозрачностью, термостойкостью и устойчивостью к УФ, что делает его подходящим для использования в офтальмологической хирургии. Прозрачность материала обеспечивает оптимальную визуализацию глазных структур.
Спектральные исследования подтвердили фотостойкость материала в видимом диапазоне, исключая риск разрушения во время операций. Анализ поверхности показал ее однородность и минимальную шероховатость, что снижает травматизацию тканей глаза.
Апробация на кадаверных свиных глазах продемонстрировала плотное прилегание протеза, герметизацию глазной полости и сокращение времени установки, что улучшает исходы операций и снижает травматичность.
Хотя материал поглощает свет в УФ-диапазоне (200–300 нм), это не влияет на практическое применение, так как операции проводятся в видимом спектре. Исследования также подтвердили отсутствие изменений структуры материала после облучения видимым светом.
Таким образом, поликарбонатный кератопротез обладает высоким потенциалом для офтальмологии. В дальнейшем планируются проведение комплексной оценки физических свойств разработанного кератопротеза, клиническая апробация на лабораторных животных и изучение токсикологического воздействия материала на ткани глаза животных.
Заключение
Проведенное исследование подтвердило высокую эффективность поликарбоната как материала для временных кератопротезов благодаря его прочности, долговечности и высокой прозрачности. Апробация на кадаверных глазах свиней показала плотное прилегание, герметизацию глазной полости и снижение травматичности. Выявленные области поглощения в УФ-диапазоне не влияют на практическое применение изделия.
Сведения об авторах:
Чупров Александр Дмитриевич — д.м.н., профессор, директор Оренбургского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России; 460047, Россия, г. Оренбург, ул. Салмышская, д. 17; заведующий кафедрой медико-биологической техники Оренбургского государственного университета; 460018, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, д. 13; ORCID iD 0000-0001-7011-4220
Горбунов Алексей Александрович — к.м.н., доцент, заместитель директора по лечебной работе Оренбургского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России; 460047, Россия, г. Оренбург, ул. Салмышская, д. 17; ORCID iD 0000-0003-3166-4419
Дмитриев Илья Николаевич — ведущий инженер ООО «МИКВИД»; 603009, Россия, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, д. 39; ORCID iD 0009-0006-6275-204X
Ярцев Иван Михайлович — ведущий инженер ООО «МИКВИД»; 603009, Россия, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, д. 39; ORCID iD 0009-0005-0726-3633
Трубников Вячеслав Александрович — к.м.н., заместитель директора по инновационному развитию медицинских технологий Оренбургского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России; 460047, Россия, г. Оренбург, ул. Салмышская, д. 17; старший преподаватель кафедры медико-биологической техники Оренбургского государственного университета; 460018, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, д. 13; ORCID iD 0000-0002-9451-8622
Раздобреев Дмитрий Анатольевич — к.х.н., доцент кафедры биофизики и физики конденсированного состояния Оренбургского государственного университета; 460018, Россия, г. Оренбург, пр-т Победы, д. 13; ORCID iD 0000-0002-7749-0074
Щербанова Юлия Алексеевна — врач-офтальмолог Оренбургского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России; 460047, Россия, г. Оренбург, ул. Салмышская, д. 17; ORCID iD 0009-0001-4864-1988
Максютов Азамат Саматович — врач-офтальмолог Орского лечебно-диагностического отделения Оренбургского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» им. акад. С.Н. Федорова» Минздрава России; 460047, Россия, г. Оренбург, ул. Салмышская, д. 17.
Контактная информация: Щербанова Юлия Алексеевна, e-mail: nauka@ofmntk.ru
Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах.
Конфликт интересов отсутствует.
Статья поступила 13.12.2024.
Поступила после рецензирования 15.01.2025.
Принята в печать 07.02.2025.
About the authors:
Alexander D. Chuprov — Dr. Sc. (Med.), Professor, Director of the Orenburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; 17, Salmyshskaya str., Orenburg, 460047, Russian Federation; Head of the Department of Biomedical Engineering, Orenburg State University; 13, Pobedy ave., Orenburg, 460018, Russian Federation; ORCID iD 0000-0001-7011-4220
Alexey A. Gorbunov — C. Sc. (Med.), Assistant Professor, Deputy Director for Medical Work of the Orenburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; 17, Salmyshskaya str., Orenburg, 460047, Russian Federation; ORCID iD 0000-0003-3166-4419
Il’ya N. Dmitriev — Leading Engineer, OOO »MIKVID»; 39, Gagarin ave., Nizhny Novgorod, 603009, Russian Federation; ORCID iD 0009-0006-6275-204X
Ivan M. Yartsev — Leading Engineer, OOO »MIKVID»; room 17a, office 4, 39, Gagarin ave., Nizhny Novgorod, 603009, Russian Federation; ORCID iD 0009-0005-0726-3633
Vyacheslav A. Trubnikov — C. Sc. (Med.), Deputy Director for Innovative Development of Medical Technologies, Orenburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; 17, Salmyshskaya str., Orenburg, 460047, Russian Federation; Senior Lecturer, Department of Biomedical Engineering, Orenburg State University; 13, Pobedy ave., Orenburg, 460018, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-9451-8622
Dmitryi A. Razdobreev — C. Sc. (Chem.), Assistant Professor of the Department of Biophysics and Condensed Matter Physics, Orenburg State University; 13, Pobedy ave., Orenburg, 460018, Russian Federation; ORCID iD 0000-0002-7749-0074
Yulia A. Shcherbanova — Ophthalmologist, Orenburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; 17, Salmyshskaya str., Orenburg, 460047, Russian Federation; ORCID iD 0009-0001-4864-1988
Azamat S. Maksyutov — Ophthalmologist of Orsk Medical and Diagnostic Department of the Orenburg Branch of the S. Fyodorov Eye Microsurgery Federal State Institution; 17, Salmyshskaya str., Orenburg, 460047, Russian Federation.
Contact information: Yulia A. Shcherbanova, e-mail: nauka@ofmntk.ru
Financial Disclosure: no authors have a financial or property interest in any material or method mentioned.
There is no conflict of interest.
Received 13.12.2024.
Revised 15.01.2025.
Accepted 07.02.2025.
материал rmj.ru
Загрузка...