FAGLIGT STOF
18
Tårefilmproteiner, bløde kontaktlinser og væsker Interaktion mellem tårefilmproteiner, kontaktlinser og væsker er afgørende for kontaktlinsebrugere. Dr. Philip Morgan og dr. Curtis Dobson forsker i den viden, vi har om disse interaktioner.
Af Dr. Philip Morgan
Siden hydrogel kontaktlinserne kom på markedet, har man vidst, at komponenter fra tårefilmen bliver afsat på og i kontaktlinsematerialet (Figur 1).1 Især tårefilmproteiner er blevet forbundet med ubehag2, reduceret syn3 og betændelsesreaktioner som f.eks. papillær conjunctivitis4 ved brug af kontaktlinser. Forståelse af tårefilmproteinernes tilstand og rolle, og deres interaktion med kontaktlinser og væsker er yderst vigtig, for at undgå bivirkningerne ved brug af linser. Grundlæggende forståelse af proteinernes struktur er et godt udgangspunkt. Proteiner er molekyler bestående af lineære kæder med omkring 20 eller flere aminosyrer, der er forbundet med peptidbindinger mellem carbonyl- og aminogrupper med tilstødende aminosyrer. Betegnelsen peptider bruges ofte til at beskrive kortere kæder (med ca. 40 eller færre aminosyrer). Længere kæder associeres med større molmasse. Proteiners struktur beskrives i fire niveauer, der afspejler organisationen af individuelle proteinmolekyler og multimolekyler. Primær struktur (eller 'sekvens') har relation til rækkefølgen af aminosyrer inden for en enkelt proteinkæde. Sekundær struktur beskriver den lokale foldning af kæden i forskellige konfigurationer, ofte inden for samme proteinmolekyle, der holdes på plads af hydrogenbindinger. Tertiær struktur beskriver foldning af sekundære strukturegenskaber og tiltrækning mellem dem inden for et enkelt proteinmolekyle,
Figur 1: Belægninger på bløde linser (venligst udlånt fra Bausch & Lomb Image Library)
mens kvaternære strukturer består af flere forskellige proteinmolekyler. ”Denaturering” beskriver vigtige ændringer i strukturen af proteiner, der ikke påvirker den primære struktur, men som kan ændre de andre former for strukturel organisation. Denaturering gør, at de fleste proteiner mister deres biologiske funktion, selv om processen kan være reversibel. Uændrede proteiner beskrives normalt som værende i ”fri” tilstand. Protein ”konfiguration” henviser til de sekundære, tertiære eller kvaternære former, som et protein kan optage under bestemte forhold. Bevægelse mellem disse tilstande (tilpasningsændringer) har ofte indflydelse på proteinets funktion. Proteiner kan denatureres ved variationer i temperatur, pH-værdi, bestråling, overfladevandafviselighed og peroxiderende lipider og andre kemikalier. Under disse forhold destabiliseres de bindinger og interaktioner, der er ansvarlige for vedligeholdelse af den sekundære eller tertiære struktur. Et hverdagseksempel på irreversibel proteindenaturering er æggehvide, der bliver uigennemsigtig og mere hård, når den varmes op. Tårefilmproteiner
Der er identificeret næsten 500 forskellige proteiner i den menneskelige tårefilm, selv om kun fire af dem lysozym, lipocalin, lactoferrin og sekretorisk immunglobulin A (sIgA) er til stede i høje koncentrationer (Tabel 1). Alle større tårefilmproteiner produceres i tårekirtlerne: lysozym, lipocalin og lactoferrin udskilles af acini, druelignende cellegrupper inden i tårekirtlerne, mens sIgA produceres af interstitielle plasmaceller inden i kirtlen men uden for acini. Disse forskellige produktionssteder påvirker døgnvariationen af tårefilmproteiner. Acini producerer et vandigt sekret, der reduceres i mængde om natten, og det samme er tilfældet med de tre porteiner, der produceres inden i acini. Derimod fortsætter produktionen af sIgA under søvn, og det giver anledning til kraftig stigning i koncentration, fordi der er mindre vandmængde til stede. Tårefilmens ændrede tilstand, hvis linserne bæres om natten, herunder stigning i sIgA-koncentrationen og stigning i antallet af polymorfnucleare hvide blo-
dlegemer, har fået visse forskere til at beskrive natmiljøet bag de lukkede øjne som en ‘subklinisk betændelse’. De store proteiners rolle
Hvert enkelt af de store tårefilmproteiner spiller en rolle ved at hindre infektioner og opretholde sundheden i øjet. Lysozym er et virkningsfuldt antibakterielt enzym, som hydrolyserer bindingerne i de bakterielle ydre cellevægge, især dem på grampositive bakterier. De vigtigste bakterier i tårefilmen, der angribes af lysozym, er arterne streptokokker og staphylokokker, som kan medføre conjunctivitis. Lipocalin ser ud til at spille en lipidbindende rolle i tårefilmen og har stærk affinitet med fedtsyrer. Dette giver mulighed for to vigtige egenskaber: Bindingen mellem lipocalin og lipider bestemmer tårernes overfladespænding og hindrer desuden langkædede fedtsyrer i at inaktivere lysozym, hvilket indirekte øger tårefilmens antimikrobielle funktion. Lactoferrin kan binde sig til både grampositive og gramnegative bakteriemembraner og hindre vækst af forskellige bakterier, f.eks. escherichia kolibakterier, haemophilus influenza og arterne streptokokker, staphylokokker og pseudomonasbakterier. Der er desuden tegn på synergi mellem lactoferrin og lysozym. For eksempel er staphylokokker i epidermis kun påvirkelige af lactoferrin under tilstedeværelse af lysozym. Lactoferrins antiomikrobielle aktionsmulighed udvides via dets evne til at binde sig til fri jern i tårefilmen, hvilket reducerer tilgængelighed for jern til bakteriel vækst. Lysozym, lipocalin og lactoferrin er ansvarlige for baggrundsmekanismer eller 'medfødte' forsvarsmekanismer i tårefilmen, men sIgA er vigtig i det adaptive responssystem. Det beskytter øjet ved at forhindre adhæsion af bakterier på øjets overflade, og det muliggør destruktion af bakterierne. Kontaktlinsematerialer og proteiner
Tårefilmproteiner aflejres hurtigt på (og i) kontaktlinsematerialet, når man har kontaktlinser på, måske endda inden for få timer.6 Belægningerne er tæt relateret til materialetypen. Ioniske linser inde-
FAGLIGT STOF
19
Figur 2a: Total lysozym på en række kontaktlinsematerialer11
Figur 2b: Målinger af denatureret lysozym (mindre aktivitet er tegn på større denatureringsniveauer) på en række kontaktlinsematerialer11 Nøgle: AA Acuvue Advance, AO Acuvue Oasys, AV2 Acuvue 2, FND Focus Night & Day, O2 Air Optix, PC Proclear, PV PureVision
holdende methacrylsyre tiltrækker meget højere proteinniveauer end andre materialer, herunder non-ioniske linser med n-vinyl pyrollidon.7 Især lysozym har en høj ladning og tiltrækkes af visse materialers lave ladning. Selv om tiltrækningen af proteiner på og i bløde kontaktlinser set ud fra et klinisk perspektiv generelt anses for at være negativt, kan en ansamling af proteiner med antibakterielle egenskaber i en kontaktlinse være ønskelig. Denne hypotese understøttes af de bakterieniveauer, der knytter sig til slidte og ikke slidte kontaktlinser. Antallet af levedygtige gramnegative bakterier på slidte linser er mindre end på nye, ikke slidte.8 Dette kan være en klinisk fordel, fordi sådanne bakterier kan give bivirkninger, når man bruger linserne. Da proteiners egenskaber ændrer sig ved denaturering, kan enhver potentiel beskyttende fordel ved kontaktlinser med afsatte proteiner relateres til tårefilmproteinernes tilstand. Denaturering af f.eks. lysozym medfører reduktion af dets bakteriedræbende funktion.9 Papillær conjunctivitis associeres med tilstedeværelsen af denaturerede proteiner4, og andre negative reaktioner på kontaktlinsebrug såsom reduceret komfort2 og syn3 kan også relateres til niveauet for proteindenaturering. Der skal forskes videre i dette emne, for at vi kan få den fulde forståelse af disse virkninger. Ved forskellige forsøg er der blevet forsket i forholdet mellem proteiner og forskellige kontaktlinsematerialer. Etafilcon-linser viser et relativt højt niveau af lysozym efter brug (1 mg/linse) sammenlignet med balafilcon-linser (10 μg/linse) og lotrafilcon-linser (2 μg/ linse).10 Denatureringsniveauet varierer
også mellem linsetyperne med protein bundet til lotrafilcon-, balafilcon- og etafilcon-materialer målt som henholdsvis 80 %, 50 % og 22 % denatureret. Suwala et al11 har set på mængden af afsat lysozym og graden af denaturering på rækken af bløde linsematerialer, og de har fundet, at aktivitetsniveauerne er meget variable (Figur 1: Belægninger på bløde linser (venligst udlånt fra Bausch & Lomb Image Library) Figur a og 2b). Andre forskere har rapporteret, at lysozym denaturerer ved brug af bløde kontaktlinser.12 Kontaktlinsevæsker og proteiner
Sammenlignet med forholdet mellem proteiner og linsematerialer er der relativt få rapporter om interaktion med væsker. Ét forsøg udført uden fysisk gnubning af linserne fandt, at der blev fjernet flere proteiner fra kontaktlinser neddyppet i OptiFree Express, end der blev fjernet med ReNu MultiPlus eller SOLO-care Plus.13 Andre forskere undersøgte rækken af tåreproteiner i tårer indsamlet blandt kontaktlinsebrugere, som brugte mange forskellige linseprodukter.14 De konkluderede, at ‘proteinmønstrene’ hos kontaktlinsebrugere faktisk lignede dem hos brugere uden linser
mere ved brug af visse plejeprodukter frem for visse andre. En nyere undersøgelse viste, at OptiFree Express fjernede den største mængde protein (sammenlignet med ReNu med MoistureLoc, Complete MoisturePlus og AQuify), og at disse resultater afhang af kontaktlinsematerialet.15 Rækken af fjernede proteiner varierede også efter væsketype og linsemateriale. Indtil dato er der kun begrænset information i litteraturen vedrørende tårefilmproteiners tilpasningstilstand i forbindelse med kontaktlinsevæsker. Yderligere forsøg skal undersøge, om forskellige væsker varierer i deres evne til at reducere proteindenaturering, og de skal samtidig undersøge sådanne forskelles kliniske signifikans. Konklusioner
Tårefilmprotein spiller en vigtig fysiologisk rolle. Kontaktlinsevæskernes potentielle denaturering af proteiner på kontaktlinsernes overflader er knyttet til visse negative konsekvenser ved brug af kontaktlinser. Bedre forståelse af interaktionen mellem tårefilmproteiner, bløde kontaktlinser og væsker kan føre til nye strategier med det formål at reducere bivirkningsniveauet og opretholde eller øge tårefilmens iboende antimikrobielle aktivitet. Referencer
Tabel 1: Store tårefilmproteiner5 Bemærk: Andre koncentrationer af tårefilmprotein er <0,1 mg ml-1
• Dr Philip Morgan is a senior lecturer in optometry and director of Eurolens Research at the University of Manchester, UK. Dr Curtis Dobson is a senior research fellow at the same institution and is CEO of the antimicrobial technology company Ai2 Limited.