Allt-i-en-vätskors påverkan på tårfilmsprotein Dr. Susan E Burke Principal Scientist, Global Vision Care Research Development, Bausch + Lomb, Rochester NY. Inledning Under årtionden har man utforskat effekterna av tårfilmsproteiners vidhäftning till olika ytor och kontaktlinser. Proteiner från tårfilmen kan avlagras på en mjuk kontaktlins inom ett par timmar1. Den kliniska effekten är försämrad visus2, komfort 3,4, vätförmåga5 och ökad risk för inflammatoriska komplikationer, såsom papillär konjunktivit 6,7 och akut rött öga8. Tårfilmsproteinernas roll är att försvara ögat mot bakterier (mot exempelvis streptokocker och stafylokocker) och bidra till ytspänningen hos tårfilmen, vilket påverkar den naturliga vätförmågan hos ögats vävnader. Forskarna tittar idag på sätt att bibehålla proteinerna i sin naturliga form i ögat och endast ta bort de oönskade förändrade eller denaturerade proteinerna som fäster på kontaktlinsen. Över 400 olika proteiner i tårfilmen Fram till nu har över 400 olika proteiner i tårfilmen identifierats. Av dessa har fyra viktiga proteiner visat sig står för signifikanta koncentrationer, nämligen: Lysozym Lipokalin Laktoferrin Sekretoriskt IgA Dessa proteiner produceras i tårkörteln9 och blandas i tårfilmen. Forskning har visat att bakterier fäster olika på oanvända linser och linser som suttit på ögon, där använda linser uppvisar mindre antal livskraftiga bakterier10. Med tanke på tårfilmens antimikrobiella egenskaper genom att naturligt producera protein kan det tänkas vara önskvärt att ha dessa proteiner kvar på eller i en kontaktlins.
De viktigaste proteinerna Lysozym Lysozym attackerar bakteriens externa struktur kemiskt vilket gör att bakterien dör. Lysozym är ett relativt litet protein som är kraftigt positivt laddat, och detta är orsaken till varför lysozym snabbt avlagras på vissa kontaktlinsmaterial som har en negativ laddning (joniska linsmaterial, FDA Group IV). Lipokalin Lipokalin förstärker lysozymets kapacitet och bidrar till tårarnas ytspänning11. Tårfilmen innehåller fettsyror, vilka kan avaktivera lysozym. Lipokalinet binder snabbt till fettsyror för att bibehålla lysozymets antimikrobiella aktivitet12. Laktoferrin Bakterier behöver järn för att växa i antal, och laktoferrin binder till fritt järn i tårfilmen för att minska dess tillgänglighet för bakterier, och därmed förhindra tillväxt. Laktoferrin i sig binder till cellmembranet hos speciella typer av bakterier, t.ex. streptokocker, stafylokocker och Pseudomonas, vilket förhindrar tillväxt. I samverkan med lysozym, har det visat sig att laktoferrin är aktivt gentemot Staphylococcus Epidermis13 vilket pekar på synergieffekter mellan dessa två proteiner. Sekretoriskt IgA Medan produktion av lysozym, lipokalin och laktoferrin är förenat med produktion av vatten i tårkörteln, är mekanismen för frigörande av sekretoriskt IgA annorlunda. När vätskekomponenterna i tårflmen minskar under natten, minskar koncentrationen av övriga proteiner, medan sekretoriskt IgA fortsätter att produceras. Sekretoriskt IgA som skyddar ögat genom att hindra bakterierna att fästa till ögats vävnader, lägger sig som en coating och stöter bort bakterier som drar till sig och förstör vita blodkroppar i tårfilmen. Proteiner har 3-D struktur Proteiner är långa kedjor av aminosyremolekyler framställda från grundämnena kol, väte, kväve, syre och svavel. Proteinernas karaktär bestäms inte bara av ordningen av molekylerna i en linje, utan också hur dessa kedjor sedan binds tillsammans och arrangeras i en 3-D struktur. 3-D strukturen definieras av proteinets omgivning. I vatten vänds den hydrofoba andelen proteiner inåt och den hydrofila andelen finns på utsidan av 3-D strukturen. När proteiner fäster till den hydrofoba ytan hos en kontaktlins, ändras molekylordningen hos proteinet, dvs.
det denaturerar. Andra faktorer påverkar också dess naturliga tillstånd, såsom ph, värme och salter. Bibehålla en naturlig tårfilm Den naturliga biologin hos tårfilmens 3-D proteiner, som lysozym, fungerar som ett skydd för ögat mot mikroorganismer. Det har visat sig att denaturering av lysozym påverkar dess naturliga 3-D form vilket minskar dess bakteriedödande effekt. Eftersom lysozymet står för cirka 20 till 40 procent av tårfilmens totala proteinmängd, kan åtgärder som begränsar denatureringsprocessen vara välkomna när man vill bibehålla dess skyddande funktion. Proteinets komplexa molekylära struktur måste bevaras om proteinet ska fortsätta att ha en optimal antibakteriell funktion. Det är viktigt att förstå interaktionen mellan alla ingredienser hos allt-i-en-vätskor (Multipurpose Solution, MPS) och komponenterna i tårfilmen. Ingredienserna i vätskan kommer i kontakt med ögat då linsens sätt in eftersom den har rengjorts, desinficerats och förvarats i vätskan. Allt-i-en-vätskan kan påverka tårfilmskomponenterna genom dess inverkan på proteinets denatureringsprocess och efterföljande beläggning på kontaktlinsen. En nyligen genomförd studie jämförde möjligheterna hos en ny allt-i-en-vätska under utveckling av B+L med fyra kommersiellt tillgängliga allt-i-en-vätskor med hänsyn till att stabilisera protein, främst lysozym från denaturering.15 Resultaten visade en signifikant skillnad i möjligheterna att bibehålla lysozymet i sitt naturliga tillstånd. Det är uppenbart att sammansättningen och de fysiska egenskaperna hos en allt-i-en-vätska kan påverka interaktionen med lysozym. Testvätskor: Fem MPS (en ny, och fyra kommersiellt tillgängliga) undersöktes. MPS A: B+L ny MPS (borsyra/poloxamin) MPS B: borsyra/citrat/poloxamin MPS C: borsyra/citrat/poloxamin MPS D: trometamin/fosfat/poloxamer MPS E: fosfat/poloxamer
Hur proteinet kan tas bort Så snart proteinet har denaturerat på linsytan vill man snabbt ta bort det för att slippa försämrad synskärpa och komfort. Men nu finns det sätt att bevara dess positiva, naturliga antibakteriella förmåga, genom att välja ingredienser som har utvecklats för att ta bort denaturerat protein samt hjälpa till att bevara balansen av naturligt protein på linsen. Denna kemiska proteinborttagning utnyttjar både joniskt laddade molekyler och Van de Waals krafter för att lyfta bort löst bundet denaturerat protein liksom en skonsam magnet. Påverkan på komfort och tillfredsställelse med sitt linsbärande Komfort är viktigt för linsbäraren, och det är en av de mest betydande faktorer för ett framgångsrikt linsbärande på lång sikt. Korttidslinser ska skötas så att livslängden förlängs och de ska kunna bäras hela den rekommenderade användningstiden. Skötselprodukterna ska se till att känslan av en fräsch lins behålls under denna tid. Ögats naturliga miljö, har gett inspiration till nya tankesätt kring linsskötsel.
Referenser: 1. Jones, L. et al. An in vivo comparison of the kinetics of protein and lipid deposition on group II and group IV frequentreplacement contact lenses. Optometry and vision science : official publication of the American Academy of Optometry 2000; 77: 503-510. 2. Gellatly KW, Brennan NA, Efron N. Visual decrement with deposit accumulation of HEMA contact lenses. Am J Optom Physiol Opt 1988;65:937 41. 3. Nilsson SE, Andersson L. Contact lens wear in dry environments. Acta Ophthalmol (Copenh) 1986;64:221 5. 4. Pritchard N, Fonn D, Weed K. Ocular and subjective responses to frequent replacement of daily wear soft contact lenses. CLAO J 1996; 22:53 9. 5. Bleshoy H, Guillon M, Shah D. Influence of contact lens material surface characteristics on replacement frequency. ICLC 1994;21: 82 93. 6. Grant T, Holden BA, Rechneberger J, Chong MS. Contact lens related papillary conjunctivitis (CLPC): influence of protein accumulation and replacement frequency. Invest Ophthalmol Vis Sci 1989; 30(suppl.):166. 7. Porazinski AD, Donshik PC. Giant papillary conjunctivitis in frequent replacement contact lens wearers: a retrospective study. CLAO J 1999;25:142 7. 8. Kotow M, Holden BA, Grant T. The value of regular replacement of low water content contact lenses for extended wear. J Am Optom Assoc 1987;58:461 4. 9. Tiffany, J. The normal tear film. Developments in Ophthalmology 2008; 41: 1-20. 10. Williams, T. J., Schneider, R. P. & Willcox, M. D. P. The effect of protein-coated contact lenses on the adhesion and viability of gram negative bacteria. Curr Eye Res 2003; 27: 227-235. 11. Nagyova,B., Tiffany,J.M,, Components responsible for the surface tension of human tears.current Eye Research 1999, Vol. 19, No. 1, Pages 4-11 12. Gasymov, O. K., Abduragimov, A. R., Yusifov, T. N. & Glasgow, B. J. Interaction of tear lipocalin with lysozyme and lactoferrin. Biochemical and Biophysical Research Communications 1999; 265: 322-325. 13. Flanagan, J. L. & Willcox, M. D. P. Role of lactoferrin in the tear film. Biochimie 2009; 91: 35-43. 14. Masschalck, B., Van Houdt, R., Van Haver, E. G. & Michiels, C. W. Inactivation of gram-negative bacteria by lysozyme, denatured lysozyme, and lysozyme-derived peptides under high hydrostatic pressure. Appl Environ Microbiol 2001; 67: 339-344. 15. Barniak,V.,Burke,S.,Venkatesh,S., Presented at ;Annual Meeting of the American Academy of Optometry, November 11-14, 2009:Orlando,FL