Biomaterials for dry eye syndrome

Abstract

Dry eye syndrome (DES) is disease of the eye surface, where tear film is ruptured and lubrication or moistness of the corneal and conjunctival epithelia do not work properly. DES is most common in older people, but also people with rheumatoid diseases, damaged corneal epithelia and certain medications are more likely to have DES. There are lubricating and moisturizing eye drops to relieve the symptoms of DES, administered at least twice a day depending on the severity, but they are only palliative. Eye drops for DES are composed of natural and synthetic origin polymers and their blends. Retaining methods are mainly viscosity and adherence to surfaces by weak interactions. In situ gelation by temperature, pH and osmotic change have been under research in recent years. Many studies have concentrated on ambiphilic polymer conjugates, which fit to the oily and aqueous layer of the tear film and have a better ability to carry a hydrophobic therapeutic drug molecule. Interest has also been pointed to mucoadhesive polymers, which are adhering to mucin by covalent bond. Thiolation of the polymer has been seen as a very promising method to achieve better muchoadhesion and thus has been extensively studied. A chitosan and hyaluronan are natural origin polymers, which have been thiolated and these polymer matrixes can be loaded with trehalose or albumin as therapeutic agent. In this thesis the anatomy of the eye, and especially the corneal and precorneal area and the conjunctiva is discussed. Ethiology of DES and commercial available therapies are covered in this thesis, but also therapies under research and corneal simulation methods in vitro.

Kuivasilmäisyys on sairaus, jossa silmän sarveiskalvon pinnalla oleva kyynelkalvo rikkoutuu. Sarveis- ja sidekalvon kosteutus ja voitelu häiriintyvät kyynelkalvo epätasapainosta. Kuivasilmäisyys on ikääntyvien ihmisten sairaus, mutta sitä tavataan myös sarveiskalvovaurio- ja reumapotilailla. Joidenkin lääkkeiden käyttöön liittyy sivuoireina kuivasilmäisyyttä. Kuivasilmäisyyteen on saatavilla kaupallisia oireita lievittäviä silmätippoja, jotka kosteuttavat ja voitelevat silmän pintaa, mutta eivät hoida sairautta. Kuivan silmän tipat on valmistettu luonnon polymeereistä tai synteettisistä polymeereistä, joita annostellaan vähintään kahdesti päivässä. Terapeuttisen vaikutuksen kesto perustuu viskositeettiin tai tarttumiseen silmän pintaan heikoilla sidoksilla. In situ geeliytyminen lämpötilan, pH:n tai suolapitoisuuden muutoksesta on ollut tutkijoiden mielenkiinnon kohteena viime vuosina. Myös polymeerien tarttumista limakalvon pintaan (mukoadheesio) heikoilla vuorovaikutuksilla tai vahvemmilla kovalenttisilla sidoksilla on tutkittu. Amfifiliset polymeerit ovat myös vallanneet alaa, sillä niiden oletetaan sopivan kyynelkalvon pinnan öljykerrokseen ja edelleen sen alla olevaan vesikerrokseen. Amfifilisella polymeerillä on myös kyky kantaa hydrofobista lääkemolekyyliä. Polymeerien tiolointiin ja sen tutkimiseen on panostettu viime aikoina paljon. Tiolointi on menetelmä, jolla parannetaan polymeerin mukoadheesiota. Erityistä mielenkiintoa on herättänyt kitosaanin ja hyaluronihapon tiolointi, jolloin myös terapeuttinen molekyyli, kuten trehaloosi tai albumiini voitaisiin ladata polymeerimatriisiin. Tässä kirjallisuusselvityksessä käsitellään silmän anatomiaa erityisesti kyynelkalvon, sarveiskalvon ja sidekalvon osalta. Tässä opinnäytetyössä on käsitelty kuivasilmäisyyteen johtavia syitä ja nykyisiä sekä kehityksen kohteena olevia hoitomenetelmiä. Lopuksi esitellään sarveiskalvon simulointimenetelmiä, joita on käytetty laboratorio-olosuhteissa.