Alt-i-ett-væskers påvirkning på tårefilmsprotein Dr Susan E Burke. Principal Scientist, Global Vision care Research Development, Bausch & Lomb, Rochester NY. Innledning I løpet av tiårene har man utforsket effektene av tårefilmsproteinenes feste til forskjellige overflater og kontaktlinser. Proteiner fra tårefilmen kan fjernes på en myk kontaktlinse i løpet av et par timer1. Den kliniske påvirkningen er forverret visus2, komfort3,4, fuktegenskaper5 og økt risiko for inflammatoriske komplikasjoner, slik som papillær konjunktivitt 6,7 og akutt rødt øye8. Tårefilmsproteinenes rolle er å forsvare øyet mot bakterier (mot for eksempel streptokokker og stafylokokker) og bidra til overflatespenningen i tårefilmen, som påvirker de naturlige fuktegenskapene hos øyets vev. Forskerne ser i dag på måter å ta vare på proteinene i sin naturlige form i øyet og kun ta bort de uønskede forandrede eller denaturerte proteinene som fester seg på kontaktlinsen. Over 400 forskjellige proteiner i tårefilmen Frem til nå har over 400 forskjellige proteiner i tårefilmen blitt identifisert. Av disse har fire viktige proteiner vist seg å stå for signifikante konsentrasjoner, nemlig: Lysozym Lipokalin Laktoferrin Sekretorisk IgA Disse proteinene produseres i tårekjertelen9 og blandes i tårefilmen. Forskning har vist at bakterier fester seg forskjellig på ubrukte linser og linser som har vært på øyet, der brukte linser viser et mindre antall levedyktige bakterier10. Med tanke på tårefilmens antimikrobielle egenskaper ved å naturlig produsere protein, kan det tenkes at det er ønskelig å ha disse proteinene værende på eller i en kontaktlinse.
De viktigste proteinene Lysozym Lysozym angriper bakteriens eksterne struktur kjemisk, som gjør at bakterien dør. Lysozym er et relativ lite protein som er kraftig positivt ladet, og dette er årsaken til hvorfor lysozym raskt fjernes på visse kontaktlinsematerial som har en negativ ladning (joniske linsematerial, FDA Group IV). Lipokalin Lipokalin forsterker lysozymets kapasitet og bidrar til tårenes overflatespenning11. Tårefilmen inneholder fettsyrer som kan avaktivere lysozym. Lipokalinet binder seg raskt til fettsyrer for å beholde lysozymets antimikrobielle aktivitet12. Laktoferrin Bakterier trenger jern for å vokse i antall, og laktoferrin binder seg til fritt jern i tårefilmen for å redusere tilgjengeligheten for bakterier, og dermed forhindre veksten. Laktoferrin i seg selv binder seg til cellemembranet hos spesielle typer av bakterier, for eksempel streptokokker, stafylokokker og Pseudomonas, som forhindrer vekst. Sammen med lysozym, har det vist seg at laktoferrin er aktivt mot Staphylococcus Epidermis13 noe som peker på synergieffekter mellom disse to proteinene. Sekretorisk IgA Mens produksjon av lysozym, lipokalin og laktoferrin er forbundet til produksjon av vann i tårekjertelen, er mekanismen for frigjøring av sekretorisk IgA annerledes. Når væskekomponentene i tårefilmen reduseres i løpet av natten, minsker konsentrasjonen av øvrige proteiner, mens sekretorisk IgA fortsetter å produseres. Sekretorisk IgA som beskytter øyet ved å hindre bakteriene å feste seg til øyets vev, legger seg som en coating og støter bort bakterier som trekker til seg og ødelegger hvite blodlegemer i tårefilmen. Proteiner har 3-D struktur Proteiner er lange kjeder av aminosyremolekyler fremstilt av grunnstoffene karbon, hydrogen, nitrogen, oksygen og svovel. Proteinenes karakter er ikke bare bestemt av rekkefølgen av molekylene i en linje, men også hvordan disse kjedene bindes sammen og arrangeres i en 3-D struktur. 3-D strukturen defineres av proteinets omgivelse. I vann vender den hydrofobe andelen proteiner innover og den hydrofile andelen er på utsiden av 3-D strukturen. Når proteiner fester seg til den hydrofobe overflaten på en kontaktlinse, forandres molekylord-
ningen i proteinet, dvs. det denaturerer. Andre faktorer påvirker også dets naturlige tilstand, slik som ph, varme og salter. Opprettholde en naturlig tårefilm Den naturlige biologien hos tårefilmens 3-D proteiner, som lysozym, fungerer som en beskyttelse for øyet mot mikroorganismer. Det har vist seg at denaturering av lysozym påvirker dets naturlige 3-D form, noe som reduserer den bakteriedrepende effekten. Ettersom lysozymet står for ca 20-40 % av tårefilmens totale proteinmengde, kan tiltak som begrenser denatureringsprosessen være ønskelig når man vil beholde den beskyttende funksjonen. Proteinets komplekse molekylære struktur må bevares dersom proteinet skal fortsette å ha en optimal antibakteriell funksjon. Det er viktig å forstå interaksjonen mellom alle ingrediensene i alt-i-ett-væsker (Multipurpose Solution, MPS) og komponentene i tårefilmen. Ingrediensene i væsken kommer i kontakt med øyet når linsen settes inn etter den har blitt rengjort, desinfisert og oppbevart i væsken. Alt-i-ett-væsken kan påvirke tårefilmskomponentene ved påvirkning på proteinets denatureringsprosess og påfølgende belegg på kontaktlinsen. I en nylig gjennomført studie ble mulighetene til en ny alt-i-ett-væske under utvikling av B+L sammenlignet med fire kommersielt tilgjengelige alt-i-ett-væsker med hensyn til å stabilisere protein, først og fremst lysozym fra denaturering15. Resultatet viste en signifikant forskjell i mulighetene til å opprettholde lysozymet i sin naturlige tilstand. Det er åpenbart at sammensetningen og de fysiske egenskapene i en alt-i-ett-væske kan påvirke interaksjonen med lysozym. Testvæsker: Fem MPS (en ny, og fire kommersielt tilgjengelige) ble undersøkt. MPS A: B+L nye MPS (borsyre/poloxamin) MPS B: borsyre/citrat/poloxamin MPS C: borsyre/citrat/poloxamin MPS D: trometamin/fosfat/poloxamer MPS E: fosfat/poloxamer
Hvordan proteinet kan tas bort Straks proteinet har blitt denaturert på linseoverflaten, vil man fjerne det raskt for å slippe forverret synsskarphet og komfort. Men nå finnes det måter å bevare de positive, naturlige antibakterielle egenskapene, ved å velge ingredienser som har blitt utviklet for å fjerne denaturert protein samt hjelpe til å bevare balansen av naturlig protein på linsen. Denne kjemiske proteinfjerningen benytter seg både av jonisk ladede molekyler og Van de Waals krefter for å løfte bort løst bundet denaturert protein på samme måte som en skånsom magnet. Påvirkning på komfort og tilfredsstillelse med sitt linsebruk Komfort er viktig for linsebrukeren, og det er en av de mest betydningsfulle faktorene for et fremgangsrikt linsebruk på lang sikt. Pleieproduktene skal sørge for at følelsen av en frisk linse opprettholdes hele tiden. Øyets naturlige miljø har gitt inspirasjon til nye tankemåter rundt linsepleie.
Referanser: 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