Biocompatibility of cornea implants from polymeric materials and bio-artificial cornea in a model of human keratocytes cell culture

Abstract

Предложена модель in vitro изучения биологической совместимости и токсичности полимерных материалов на культурах клеток стромы роговицы человека - кератоцитах (КЦ). Цель исследования - изучение возможности использования выделенных культур кератоцитов донора-трупа человека для оценки биосовместимости полимерных материалов. Методика. Из роговицы трупного донорского глаза получали первичную культуру КЦ и пересевали до 4-го пассажа. Фенотип КЦ подтверждали методом иммуноцитохимического окрашивания с выявлением основных клеточных маркеров. КЦ культивировали в присутствии образцов полимерных материалов - четырех модификаций бисфенол-А-глицедилметакрилата (бис-ГМА) по 24 образца каждого (4 экспериментальные группы). В качестве группы сравнения 1 использовали образцы из полиметилметакрилата (ПММА) идентичной геометрии (24 образца), группа сравнения 2 - КЦ, культивированные по стандартной методике без полимерных образцов (24 образца). КЦ в каждой группе распределяли по 24 лункам культурального планшета, культивировали на протяжении 6 сут., ежедневно КЦ извлекали из четырех лунок в каждой группе и подсчитывали. Анализируя динамику клеточного роста и качественное состояние образцов полимеров, делали вывод о типе биологической совместимости исследуемых материалов. Результаты. Все кривые клеточного роста имели восходящую S-образную форму, количество клеток статистически значимо увеличивалось со 2-х по 4-е сут. и замедлялось к 6-м сут. Среди исследованных материалов бис-ГМА № 3 проявил наименьшую способность обеспечивать адгезию культивируемых клеток, бис-ГМА № 1 и № 2 - наибольшую. Результаты статистически значимы. Заключение. Проведенные исследования показали высокую информативность использования предложенной методики для определения биологической совместимости искусственных материалов. Исходя из полученных результатов, все исследуемые материалы были отнесены к числу биологически активных. Образцы исследуемых материалов в клеточной культуре статистически значимо влияют на уровень клеточной адгезии и степень пролиферации. An in vitro model was proposed for studying biocompatibility and toxicity of polymeric materials in cultures of human corneal stromal cells, keratocytes (KCs). The aim of the present research was to study a possibility of using cultures of isolated human KCs to assess biocompatibility of polymeric materials. Materials and methods. The primary KC culture was obtained from donor’s eye cornea and cultured to the 4th passage. The KC phenotype was confirmed by immunocytochemical staining, and the major cell markers were identified. KCs were cultured in the presence of four modifications of bisphenol-A-glycidyl methacrylate (bis-HMA) polymeric materials (24 replicate samples for each modification). Polymethylmethacrylate (PMMA) samples of identical geometry were used in the first comparison group (24 samples). In the second comparison group, KCs were cultured according to a standard procedure without polymer samples (24 wells). In each group, KCs were distributed to 24 wells of the culture plate and cultured for 6 days; cells were counted daily. Based on the dynamics of cell growth and qualitative condition of polymer samples, we made a conclusion about the type of biological compatibility of the materials under study. Results. All cell growth curves had an upward S shape; the number of cells increased statistically significantly from day 2 to day 4 (p <0.05) and slowed by day 6 (p>0.05). Among the studied materials, bis-HMA #3 showed the weakest ability (p <0.05) and bis-HMA #1 and #2 - the greatest ability (p<0.05) to provide adhesion of cultured cells. Conclusion. The study showed a high informative value of the proposed method for determining biological compatibility of artificial materials. All studied materials were classified as biologically active. Samples of the studied materials statistically significantly affected cell adhesion and proliferation in the cell culture.