Zastosowanie mikroskopii sił atomowych (AFM) w okulistyce

Mikroskop sił atomowych (Atomic Force Microscope – AFM) jest urządzeniem umożliwiającym badanie powierzchni obiektów

w skali nano. Celem pracy jest przedstawienie historii wprowadzenia AFM do praktyki badawczej i klinicznej w dziedzinie okulistyki

oraz możliwości jego zastosowania. W 1986 r. Binning skonstruował AFM z myślą o zastąpieniu nim skaningowego mikroskopu tunelowego (STM). Zasada działania AFM opiera się na pomiarze oddziaływań międzyatomowych między sondą skanującą a badaną

powierzchnią. Dzięki temu uzyskany trójwymiarowy obraz powierzchni ma rozdzielczość rzędu nanometrów. Jednym z pierwszych

naukowców, który zastosował na szeroką skalę AFM w okulistyce, był Yamamoto. Pierwsze próby zastosowania tej techniki podjęto w badaniach nad strukturą włókien kolagenowych rogówki i twardówki. Nasze badania dotyczą analizy powierzchni sztucznych

soczewek wewnątrzgałkowych (IOL). W przeciwieństwie do autorów wcześniej publikowanych prac (Lombardo i wsp.), którzy badali natywne IOL, skoncentrowaliśmy się na soczewkach eksplantowanych z oczu ludzkich, które przez określony czas były narażone na działanie wewnątrzgałkowego środowiska wodnego i poddane związanym z nim wpływom, jakie wywołuje oddziaływanie

procesów biochemicznych na ich strukturę. Przedstawiamy wstępne wyniki naszych prac w postaci obrazów AFM powierzchni

IOL w skali nano, na których obserwujemy odkładanie się różnych depozytów barwnikowo-osadowych oraz tworzenie lokalnych

zwapnień. Wierzymy, że AFM jest użyteczną metodą badania struktury powierzchni IOL, a dalsze obserwacje pozwolą wyjaśnić

patomechanizm powstawania zmętnienia sztucznych soczewek wewnątrzgałkowych.

Atomic force microscopy (AFM) allows to examine surface of different biological objects in the nearly physiological conditions at

the nanoscale. The purpose of this work is to present the history of introduction and the potential applications of the AFM in ophthalmology research and clinical practice. In 1986 Binnig built the AFM as a next generation of the scanning tunnelling microscope

(STM). The functional principle of AFM is based on the measurement of the forces between atoms on the sample surface and the

probe. As a result, the three-dimensional image of the surface with the resolution on the order of nanometres can be obtained.

Yamamoto used as the first the AFM on a wide scale in ophthalmology. The first investigations used the AFM method to study

structure of collagen fibres of the cornea and of the sclera. Our research involves the analysis of artificial intraocular lenses (IOLs).

According to earlier investigations, e.g. Lombardo et al., the AFM was used to study only native IOLs. Contrary to the earlier investigations, we focused our measurements on lenses explanted from human eyes. The surface of such lenses is exposed to the

influence of the intraocular aqueous environment, and to the related impacts of biochemical processes.

We hereby present the preliminary results of our work in the form of AFM images depicting IOL surface at the nanoscale. The

images allowed us to observe early stages of the dye deposit formation as well as local calcinosis. We believe that AFM is

a very promising tool for studying the structure of IOL surface and that further observations will make it possible to explain the

pathomechanism of artificial intraocular lens opacity formation.