Суббот Анастасия Михайловна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, и. о. заведующего лаборатории фундаментальных исследований в офтальмологии,
119021, г. Москва, ул. Россолимо, 11а
Anastasia M. Subbot – Cand. Sc. (Med.), Senior Research Officer, Acting Head of the Laboratory of Fundamental Studies in Ophthalmology,
Rossolimo str. 11А, Moscow 119021
Ефремов Юрий Михайлович – кандидат биологических наук, заведующий отделом современных биоматериалов,
119991, г. Москва, ул. Большая Пироговская, 2, стр. 4
Yuri M. Efremov – Cand. Sc. (Biol.), Head of the Department of Modern Biomaterials,
Bolshaya Pirogovskaya str. 2, build. 4, Moscow 119991
Тимашев Пётр Сергеевич – доктор химических наук, научный руководитель научно-технологического парка биомедицины,
119991, г. Москва, ул. Большая Пироговская, 2, стр. 4
Petr S. Timashev – Dr. Sc. (Chem.), Scientific Director of the Technology Park of Biomedicine,
Bolshaya Pirogovskaya str. 2, build. 4, Moscow 119991
Новиков Иван Александрович – старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных исследований в офтальмологии,
119021, г. Москва, ул. Россолимо, 11а
Ivan A. Novikov – Senior Research Officer at the Laboratory of Fundamental Studies in Ophthalmology,
Rossolimo str. 11А, Moscow 119021
Патеюк Людмила Сергеевна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела патологии оптических сред глаза,
119021, г. Москва, ул. Россолимо, 11а
Liudmila S. Pateyuk – Cand. Sc. (Med.), Senior Research Officer at the Department of Ocular Media Pathology,
Rossolimo str. 11А, Moscow 119021
Кобзева Анна Васильевна – младший научный сотрудник отдела патологии оптических сред глаза,
119021, г. Москва, ул. Россолимо, 11а
Anna V. Kobzeva – Junior Research Officer at the Department of Ocular Media Pathology,
Rossolimo str. 11А, Moscow 119021
Аветисов Сергей Эдуардович – доктор медицинских наук, научный директор, 119021, г. Москва, ул. Россолимо, 11а;
заведующий кафедрой глазных болезней, 119991, г. Москва, ул. Большая Пироговская, 2, стр. 4
Sergey E. Avetisov – Dr. Sc. (Med.), Scientific Director, Rossolimo str. 11А, Moscow 119021;
Head of the Department of Eye Diseases, Bolshaya Pirogovskaya str. 2, build. 4, Moscow 119991
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.
Background. Etiology and pathogenesis research of such a corneal disease as keratoconus is rather difficult due to the impossibility to study the underlying ultrastructural and molecular cornea changes in vivo and in animal models.
The aim. To evaluate zinc relevance in the biomechanical properties of the corneal stroma – by means of in vitro keratoconus cell model.
Materials and methods. In this experimental study, normal and keratoconic cell models of the corneal stroma were exampled – three-dimensional tissue-engineered structures of corneal fibrocytes obtained from healthy donors keratocytes and grown on standard and zinc-depleted nutrient media, respectively. The biomechanical properties of tissue-engineered structures modeling the normal and keratoconic corneal stroma were evaluated by means of the atomic force microscope nanoindentation. Additionally, histological assessment of the obtained cell models and immunohistochemical analysis of type I collagen were performed.
Results. According to the study of five samples of each of the corneal stroma models, a statistically significant difference in viscoplastic biomechanical properties was shown: the effective Young’s modulus of the normal and keratoconic models was 9.9 [5.4; 15.6] and 10.3 [6.1; 14.8] kPa, respectively. The in “healthy” group cell cultures thickness was 17.67 ± 1.32 and 18.10 ± 1.22 microns for two and four weeks of cultivation, respectively; in the “keratoconus” group, in a zinc depleted medium, the cell cultures thickness was 21.25 ± 8.39 and 25.55 ± 5.67 microns at the same time of cultivation, respectively. The extracellular component with an excess collagen fraction prevails in the structure of the latter.
Conclusion. The data obtained confirms the modern keratoconus etiology and pathogenesis concept – the biomechanical function deterioration of the keratoconic cornea is a consequence of copper, iron and zinc mineral dysmetabolism in its stroma.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.