Биомеханические свойства модели кератоконуса – клеточной культуры роговичных фиброцитов, выращенных в условиях деплетирования по цинку

Обоснование. Изучение этиопатогенеза такого заболевания роговицы, как кератоконус, существенно затруднено в связи с невозможностью исследования лежащих в его основе ультраструктурных и молекулярных изменений роговицы на пациентах in vivo и на животных моделях.

Цель исследования. Оценка влияния деплетирования среды ионами цинка на структуру и биомеханические свойства стромы роговицы in vitro на примере клеточной модели роговичных фиброцитов.

Материал и методы. В процессе настоящего экспериментального исследования были использованы клеточные модели стромы роговицы в «норме» и при кератоконусе – трёхмерные тканеинженерные конструкции на основе роговичных фибробластов, полученных из кератоцитов здоровых доноров, выращенных на стандартной и обеднённой ионами цинка питательных средах соответственно. Оценку биомеханических свойств тканеинженерных конструкций, моделирующих «здоровую» и «кератоконусную» строму роговицы, производили методом наноиндентирования при помощи атомно-силового микроскопа. Дополнительно проводили гистологическую оценку полученных клеточных пластов и иммуногистохимический анализ коллагена I типа.

Результаты. По итогам исследования пяти образцов каждой из моделей стромы роговицы было установлено статистически значимое различие биомеханических свойств: эффективный модуль Юнга «здоровой» и «кератоконусной» моделей составил 9,9 [5,4; 15.6] и 10,3 [6,1; 14,8] кПа соответственно. Толщина пластов в «здоровой» группе составила 17,67 ± 1,32 и 18,10 ± 1,22 мкм на сроке 2 и 4 недели культивирования соответственно; в «кератоконусной» группе на деплетированной по цинку среде толщина пластов составила 21,25 ± 8,39 и 25,55 ± 5,67 мкм на тех же сроках культивирования соответственно. В структуре последних превалирует экстраклеточный компонент с избыточной коллагеновой фракцией.

Заключение. Полученные по итогам экспериментальной работы данные подтверждают современную концепцию этиопатогенеза кератоконуса, согласно которой нарушения биомеханической функции роговицы при этом заболевании являются следствием минерального дисметаболизма ионов меди, железа и цинка в её соединительнотканной строме.