Badanie interakcji lipidów z powierzchnią i matrycą silikonowo-hydrożelowych soczewek kontaktowych

Celem rozprawy było pogłębienie wiedzy o wzajemnych interakcjach pomiędzy li-pidami filmu łzowego a materiałami silikonowo-hydrożelowymi (Si-Hy), z których wytwa-rza się miękkie soczewki kontaktowe, oraz opracowanie narzędzi umożliwiających śledze-nie tych zjawisk od pierwszych chwil kontaktu aż po ich konsekwencje funkcjonalne. Praca integruje trzy wątki: rozwój metod wizualizacji adhezji i transportu lipidów (konfokalna mikroskopia fluorescencyjna, w tym układ z wirującym dyskiem Yokogawy), ocenę wpływu aplikacji soczewki na grubość warstwy lipidowej filmu łzowego (LLT) in vivo, oraz ocenę wpływu osadów lipidowych na równowagową zawartość wody (EWC) w ma-teriale soczewki w warunkach zbliżonych do fizjologicznych. Badania prowadzono w ra-mach doktoratu wdrożeniowego, z myślą o bezpośrednim wykorzystaniu wyników i narzę-dzi w praktyce badawczo-rozwojowej (R&D) producenta soczewek kontaktowych. W części metodycznej najpierw skalibrowano obrazowanie konfokalne w trybie od-biciowym do szybkiej, nieinwazyjnej charakterystyki i pozycjonowania powierzchni so-czewki, a następnie zastosowano znakowany fluorescencyjnie cholesterol do mapowania osadzania i dyfuzji w materiałach Si-Hy. Finalnie opracowano metodę obrazowania w sys-temie wirującego dysku, z poszerzonym polem widzenia i wysoką rozdzielczością czasową, który pozwolił zarejestrować inicjację adhezji w skali minut oraz śledzić dyfuzję w głąb matrycy soczewek. Przeprowadzono również badanie kliniczne LLT (interferometria, za pomocą urządzenia IDRA) u dorosłych uczestników, porównując wartości przed aplikacją oraz po 1, 3 i 5 minutach noszenia czterech popularnych soczewek Si-Hy. Odrębne badania in vitro zrealizowano w autorskim inkubatorze CLI, który symuluje mruganie i warunki powierzchni oka (35 °C, sztuczny płyn łzowy (ATS) z/bez lipidów), co umożliwiło wielo-próbkową, powtarzalną ocenę zmian EWC metodą termograwimetryczną. Uzyskane wyniki potwierdziły częściowo Hipotezę I: nowa metodyka konfokalna rejestruje moment inicjacji adsorpcji lipidów oraz pozwala różnicować mechanizmy osadza-nia/transportu między materiałami. W badaniu klinicznym potwierdzono Hipotezę II: apli-kacja soczewki wywołuje istotne zmiany LLT względem wartości wyjściowych, przy czym zależność od materiału ujawnia się przede wszystkim w kinetyce wczesnych zmian (1–5 min), a pięciominutowe okno bywa niewystarczające do oceny stanu ustalonego. W module in vitro potwierdzono Hipotezę III: ekspozycja na lipidy w ATS prowadzi do istotnego spadku EWC (rzędu kilku punktów procentowych), obserwowanego konsekwentnie dla testowanych materiałów, co wskazuje na lipidowo indukowane „odwodnienie” matrycy i potencjalne wtórne pogorszenie zwilżalności i stabilności przedsoczewkowego filmu łzo-wego. Łącznie wyniki dostarczają ram interpretacyjnych i zestawu narzędzi (w tym CLI) przydatnych do screeningu materiałów/powłok o zwiększonej odporności na depozycję lipidów oraz do projektowania strategii pielęgnacyjnych ukierunkowanych na kontrolę ob-ciążenia lipidowego.

The aim of this dissertation was to advance understanding of the reciprocal interac-tions between tear-film lipids and silicone hydrogel (Si-Hy) materials used in soft contact lenses, and to develop tools that enable tracking these phenomena from the very first mo-ments of contact through to their functional consequences. The work integrates three strands: the development of methods for visualizing lipid adhesion and transport (fluores-cence confocal microscopy, including a Yokogawa spinning-disk unit), an in vivo assess-ment of how lens application affects the lipid layer thickness (LLT) of the tear film, and an evaluation—under near-physiological conditions—of how lipid deposits influence the equi-librium water content (EWC) of lens materials. The research was conducted within an in-dustrial doctorate framework with a view to direct transfer of results and tools into the R&D practice of a contact lens manufacturer. Methodologically, confocal imaging in reflective mode was first calibrated to pro-vide a rapid, non-invasive characterization and positioning of lens surfaces. Fluorescently labeled cholesterol was then used to map deposition and diffusion within Si-Hy matrices. Finally, a spinning-disk confocal protocol with an expanded field of view and high tem-poral resolution was established, allowing registration of adhesion initiation on the time-scale of minutes and tracking of diffusion fronts into the lens bulk. In parallel, a clinical LLT study (interferometric measurements using the IDRA device) was performed in adult participants, comparing pre-application values with measurements taken at 1, 3, and 5 minutes after application of four popular Si-Hy lenses. A separate in vitro module em-ployed a purpose-built Contact Lens Incubator (CLI) that simulates blinking and ocular surface conditions (35 °C; artificial tear solution, ATS, with and without lipids), enabling multi-sample, reproducible assessment of EWC changes by gravimetric (thermogravimetric) measurement. The findings corroborated partially Hypothesis I: the new confocal methodology captures the moment of lipid-adsorption initiation and differentiates deposition/transport mechanisms between materials. The clinical study confirmed Hypothesis II: lens application induces statistically significant changes in LLT relative to baseline, with material depend-ence manifesting primarily in the kinetics of early changes (1–5 min); a five-minute window is often insufficient to assume a steady state. The in vitro module confirmed Hypothesis III: exposure to lipids in ATS leads to a significant reduction in EWC—on the order of several percentage points—consistently observed across tested materials, indicating lipid-induced dehydration of the polymer matrix and a potential secondary deterioration of wettability and pre-lens tear film stability. Collectively, the results provide an interpretative framework and a toolkit (including the CLI) for screening materials/coatings with enhanced resistance to lipid deposition and for designing care strategies aimed at controlling lipid load.