Study of Polymeric Materials for Retinal Prosthesis Applications

Współczesna okulistyka mierzy się z rosnącym wyzwaniem, jakim są choroby degeneracyjne siatkówki, prowadzące do nieodwracalnej utraty wzroku. W odpowiedzi na ograniczenia dotychczasowych rozwiązań w zakresie protez siatkówki, trwają intensywne poszukiwania nowych materiałów, w tym półprzewodników organicznych, które mogłyby pomóc w ich pokonaniu. Celem niniejszej pracy była wstępna ocena potencjału trzech wybranych polimerów przewodzących: PEDOT:PSS (HTL), RP3HT oraz TQ1 jak również mieszanek HTL:RP3HT i HTL:TQ1 jako materiałów do zastosowań w konstrukcji implantów siatkówki. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem linii komórkowej ARPE-19, stanowiącej model komórek nabłonka barwnikowego siatkówki.Badania obejmowały ocenę warstw polimerowych pod kątem biokompatybilności. Szczegółowo analizowano morfologię oraz wzrost komórek inkubowanych na podłożach po 1, 3 i 7 dniach hodowli, wykorzystując mikroskopię kontrastowo-fazową oraz mikroskopię fluorescencyjną z zastosowaniem barwników specyficznych dla jąder komórkowych (Hoechst 34580) i cytoszkieletu (falloidyna znakowana Alexa Fluor 488). Dodatkowo przeprowadzono test żywotności komórek MTT. Oceniono również kąt zwilżania powierzchni oraz niespecyficzną adsorpcję białek przy użyciu testu ELISA.Pomiar kąta zwilżania wykazał największą hydrofobowość warstwy HTL oraz mieszanin HTL:RP3HT i HTL:TQ1, a najmniejszą dla warstwy TQ1. Test ELISA ujawnił najwyższą zdolność adsorpcji białek dla warstwy HTL:TQ1, co potwierdziło zależność pomiędzy hydrofobowością a niespecyficzną adhezją białek, choć wyniki dla HTL wskazują na wpływ dodatkowych czynników, takich jak chropowatość powierzchni. Mikroskopia kontrastowo- fazowa oraz test MTT wykazały, że mimo korzystnych parametrów zwilżalności, warstwy RP3HT i TQ1 nie sprzyjały proliferacji komórek. Najlepsze wyniki uzyskano dla HTL oraz jego mieszanin, co czyni je potencjalnie obiecującymi materiałami do dalszych badań nad implantami siatkówki.

Modern ophthalmology faces a growing challenge in the form of degenerative retinal diseases, which can lead to irreversible vision loss. In response to the limitations of existing retinal prostheses, intensive research is being conducted into new materials, including organic semiconductors, which could help to overcome the limitations. The aim of this study was to preliminarily assess the potential of three selected conductive polymers: PEDOT:PSS (HTL), RP3HT, and TQ1, as well as their mixtures (HTL:RP3HT and HTL:TQ1), for use in retinal implant construction. The evaluation was performed using the ARPE-19 cell line, a model of retinal pigment epithelial (RPE) cells.The study involved assessing the biocompatibility of polymer layers. Cell morphology and proliferation were analyzed after 1, 3, and 7 days of incubation using phase-contrast microscopy and fluorescence microscopy with nuclear (Hoechst 34580) and cytoskeletal (phalloidin conjugated with Alexa Fluor 488) staining. Additionally, an MTT assay was conducted to determine cell viability. Surface wettability was evaluated through contact angle measurements, and non-specific protein adsorption was assessed using the ELISA test.Contact angle measurements revealed the highest hydrophobicity for the HTL layer and its mixtures with RP3HT and TQ1, and the lowest for the TQ1 layer. ELISA results showed the greatest protein adsorption on the HTL:TQ1 surface, confirming the correlation between hydrophobicity and non-specific protein binding, although results for HTL indicated the influence of additional factors such as surface roughness. Despite favorable wettability, RP3HT and TQ1 layers did not support cell proliferation, as demonstrated by microscopy and MTT assay. The best outcomes were obtained for HTL and its mixtures, indicating their potential as promising materials for further research on retinal prostheses.