生理条件下光学相干弹性成像与纳米压痕双模态评估角膜UVA交联的离体生物力学特性

本研究创新性地结合光学相干弹性成像（OCE）与纳米压痕（NI）技术，在生理条件下实现对角膜UVA交联（CXL）效应的双模态量化。研究通过可调节后弹力层流体压力的定制装置，首次在维持角膜自然形态下发现CXL使中央区轴向应变显著降低2.6‰（p<0.01），赫兹弹性模量增加约14kPa（p<0.01），证实了从中央到周边的刚度梯度变化（p<0.05），为建立计算机数值模型（in silico modeling）提供了关键生物力学数据。

　　

Highlight

本研究通过双模态技术首次在生理条件下实现对角膜UVA交联效应的空间分辨率学量化，发现中央角膜刚度显著提升且存在从中心向周边的生物力学梯度。

Corneal Tissue Collection and Ethics

十例不适合移植的人供体角膜来自巴登-符腾堡州LIONS眼库研究，经弗莱堡大学伦理委员会批准（408/15），遵循《赫尔辛基宣言》，所有样本均获得捐赠者或近亲知情同意。

Tissue Preparation

角膜在含15%右旋糖酐的培养液中浸泡24小时以控制水合厚度，通过定制化样本支架调节后弹力层流体压力，在维持自然形态和生理张力下完成离体表征。

Results

线性混合效应模型显示：CXL处理后两种方法均检测到显著硬化效应（p<0.01），其中OCE测得中央区轴向应变减少2.6‰，NI发现中央区赫兹弹性模量在不同加载速率（300/600 μN/min）下均增加约14kPa。基线刚度随加载速率升高（128 kPa vs. 147 kPa），但CXL强化效应保持稳定。两种技术均证实从中央到周边的区域响应差异（p<0.05）。

Discussion

当前临床依赖地形图/tomographic方法评估角膜膨隆，但本研究通过OCE（成像式）与NI（力测量式）的互补验证，首次揭示CXL引发的空间差异化生物力学改变，为建立预测性有限元模型提供关键数据，有望优化CXL治疗方案并实现术前模拟预测。