An experimental study of the composition for medicament corneal crosslinking as a promising means for keratoconus treatment

The deterioration of the corneal framing function in keratoconus is largely due to the dystrophic process and the decrease of collagen structures crosslinking level. The purpose of the study is to perform a preclinical placebo controlled study of the safeness and effectiveness of Cornetex compound instillations for medicament corneal crosslinking. Material and methods. The study included 37 Chinchilla rabbits (74 eyes). 33 rabbits received Cornetex solution instillations into one eye twice a day for 1 month (17 rabbits, 1st series) and for 3 months (16 rabbits, 2nd series). The active constituents of Cornetex include a complex of the basic amino acid salts in the form of succinates (residues of succinate acid) participating in collagen crosslinking formation. The placebo solution containing nonactive Cornetex constituents (Hydroxyethyl cellulose, benzalkonium chloride and water for injections) was instilled into fellow eyes. 4 fully intact rabbits (8 eyes) served as an independent control group. In vivo methods included biomicroscopy and examination with a Scheimpflug camera Galilei G2. 1 and 3 months after the instillation course, the eyes were enucleated and subjected to a morphological study, biomechanical testing of corneal samples (on the testing machine Autograph AGS-H). Corneal collagen crosslinking level was determined by differential scanning calorimetry using a Phoenix DSC 204 calorimeter. Results. Biomicroscopic and morphological studies revealed no pathological changes of ocular media and tissues. One month after the instillation course, the collagen crosslinking level of the cornea showed a 18 to 20 % increase, while its elasticity modulus showed a 1.8-fold increase with respect to the fellow eye, which is an evidence of the safety and high corneal reinforcement effect of the instillations. Conclusions. The outcome of the experimental study of Cornetex implies that it can be recommended for further clinical studies as a promising means for keratoconus treatment. For citations: Iomdina E.N., Korigodsky A.R., Khoroshilova-Maslova I.P., Andreeva L.D., Ignatieva N.Yu. An experimental study of the composition for medicament corneal crosslinking as a promising means for keratoconus treatment. Russian ophthalmological journal. 2017; 10 (4): 54-61. doi: 10.21516/2072-0076-2017-10-4-54-61 (In Russian).

роговица, поперечные сшивки, основные аминокислоты, сукцинаты, модуль упругости, кератоконус, crosslinking, basic amino acids, succinates, elasticity modulus, keratoconus

1. Подтынных Е.В., Басинская Л.А., Комаровских Е.Н. Современные представления об этиопатогенезе и методах диагностики кератоконуса (обзор литературы). Вестник Оренбургского государственного университета. 2015; 187(12): 188-96.

2. Клас Фейнбаум. Современные аспекты этиопатогенеза и лечения кератоконуса. Офтальмохирургия. 2011; 3:80-5.

3. Горскова Е.Н., Севостьянов Е.Н. Эпидемиология кератоконуса на Урале. Вестник офтальмологии. 1998; 4:38-40. Gorskova E.N., Sevostianov E.N. Epidemiology of keratoconus in Ural region. Vestnik oftal’mologii. 1998; 4:38-40. (In Russian).

4. Семенова А. Л., Колединцев М. Н. Кератоконус. Распространенность, заболеваемость, этиология, патогенез, классификация. Рефракционная хирургия и офтальмология. 2004; 4(4): 4-7. Semenova A.L., Koledintsev M.N. Keratoconus. Prevalence, morbidity, etiology, pathogenesis, classification. Refraktsionnaja khirurgija i ofta’lmologija. 2004; 4(4): 4-7. (In Russian).

5. Jonas J.B., Nangia V., Matin A., Kulkarni M., Bhojwani K. Prevalence and associations of keratoconus in rural Maharashtra in central India: the central India Eye Medical Study. Am J Ophthalmol. 2009; 148: 760-5. doi: 10.1016/j.ajo.2009.06.024.

6. Takahashi A., Nakayasu K., Okisaka S., Kanai A. Quantitative analysis of collagen fiber in keratoconus. Nihon Ganka Gakkai Zasshi. 1990; 94: 1068-73.

7. Chaerkady R., Shao H., Scott S.G., et al. The keratoconus corneal proteome: loss of epithelial integrity and stromal degeneration. J Proteomics 2013; 87: 122-31. doi: 10.1016/j.jprot.2013.05.023

8. Akhtar S., Bron A.J., Salvi S.M., et al. Ultrastructural analysis of collagen fibrils and proteoglycans in keratoconus. Acta Ophthalmol 2008; 86: 764-72. doi: 10.1111/j.1755-3768.2007.01142.x.

9. Galatic A., Blazej A., Kubena K. Obsah pricnych vazeb v kolagenu ocni belimy a rohovky. Ceskoslovenska oftalmol. 1983; 39(6): 424-9.

10. Harding J.J., Crabbe M.J.C. Cross-linking sites of corneal and sclera collagens and their relationship to keratoconus and degenerative myopia. Ophthalmic Res. 1980; 12: 139-42.

11. Meek K.M., Hayes S. Corneal cross-linking -a review. Ophthalmic Physiol Opt. 2013; 33, 78-93. doi: 10.1111/opo.12032.

12. Bailey A.J. Intermediate labile intermolecular cross-links in collagen fibrils. Biochim. Biophys. Acta. 1968; 160: 447-53.

13. Куликов А.Н., Чурашов С.В., Камилова Т.А., Рейтузов В.А. Молекулярно-генетические аспекты патогенеза кератоконуса. Офтальмологические ведомости. 2017; 10(2): 62-71. doi: 10.17816/OV10262-71.

14. Hasanian-Langroudi F., Saravani R., Validad M.H., et al. Association of lysyl oxidase (LOX) polymorphisms with the risk of keratoconus in an Iranian population. Ophthalmic Genet. 2014. doi: 10.3109/13816810.2014.881507.

15. Bykhovskaya Y., Li. X, Epifantseva I., et al. Variation in the lysyloxidase (LOX) gene is associated with keratoconus in family based and case-control studies. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012; 53(7):4152-7. doi: 10.1167/iovs.11-9268.

16. Dudakova L., Liskova P., Trojek T., et al. Changes in lysyl oxidase (LOX) distribution and its decreased activity in keratoconus corneas. Exp Eye Res. 2012; 104: 74-81. doi: 10.1016/j.exer.2012.09.005

17. Andreassen T.T., Simonsen A.H., Oxlund H. Biomechanical properties of keratoconus and normal corneas. Exp. Eye Res. 1980; 31:435-41.

18. Edmund C. Corneal elasticity and ocular rigidity in normal and keratoconic eyes. Acta Ophthalmol. 1988; 66: 134-40.

19. Nash S.R., Green P.R., Foster C.S. Comparison of mechanical properties of keratoconus and normal corneas. Exp. Eye Res. 1982; 35:413-23.

20. Аветисов С.Э., Бубнова И.А., Новиков И.А., Антонов А.А., Сипливый В.И. Биометрические параметры фиброзной оболочки и биомеханические показатели. Сообщение 2. Влияние топографических особенностей кератоконуса. Вестник офтальмологии. 2011; 127(3): 7-10.

21. Roy A.S., Shetty R., Kummelil M.K. Keratoconus: a biomechanical perspective on loss of corneal stiffness. Indian J Ophthalmol. 2013; 61(8 Aug;):392-3. doi: 10.4103/0301-4738.116057

22. Нероев В.В., Ханджян А.Т., Зайцева О.В. Кросслинкинг роговичного коллагена - новый способ лечения кератоконуса. Обзор литературы. Рефракционная хирургия и офтальмология. 2007; 7(3):4-8.

23. Shah S., Laiquzzaman M. Comparison of corneal biomechanics in pre and post-refractive surgery and keratoconic eyes by Ocular Response Analyser. Cont. Lens Anterior Eye. 2009; 32 (3): 129-32. doi: 10.1016/j.clae.2008.12.009.

24. Piñero D.P., Alio J.L., Barraquer R. I., Michael R., Jiménez R. Corneal biomechanics, refraction, and corneal aberrometry in keratoconus: an integrated study. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010; 51:1948-55. doi: 10.1167/iovs.09-4177.

25. Иомдина Е.Н., Бауэр С.М., Котляр К.Е. Биомеханика глаза: теоретические аспекты и клинические приложения. Москва: Реальное время; 2015.

26. Каспаров А.А., Каспарова Е.А. Принципы эксимерлазерного и хирургического лечения кератоконуса. Рефракционная хирургия и офтальмология. 2002; 2(3): 21-4.

27. Слонимский Ю.Б. Кератоконус. Контактные линзы или кератопластика? Глаз. 1998; 4:28-9.

28. Слонимский Ю.Б., Слонимский А.Ю. Кератоконус. Современные представления о болезни, тактика ведения больных, радикальная хирургия. Available at: http://www.sfe.ru/information/articles/keratokonus.html

29. Colin J., Velou S. Current surgical options for keratoconus. J. Cataract Refract. Surg. 2003; 29(2): 379-86.

30. Kymionis G.D., Syganos C.S., Tsiklis N.S. Long-term follow-up of intacs in keratoconus. Am J Ophthalmol. 2007; 143(2):236-44. doi.org/10.1016/j.ajo.2006.10.041

31. Пенкина А.В., Нероев В.В., Ханджян А.Т., Оганесян О.Г., Склярова А.С. Фемтолазерная имплантация интрастромальных роговичных сегментов в сочетании с кросслинкингом роговичного коллагена в лечении кератоконуса. Практическая медицина. Офтальмология. 2012; 1(4): 111-4.

32. Нероев В.В., Ханджян А.Т., Пенкина А.В., Склярова А.С. Применение кросслинкинга роговичного коллагена в лечении кератоконуса I-II стадии. Российский офтальмологический журнал. 2012; 5(1): 62-4.

33. Theuring A., Spoerl E., Pillunat L.E., Raiskup F. Hornhautkollagenvernetzung mit Riboflavin und UVA-Licht bei Patienten mit progressiveKeratokonus.10-Jahres-Ergebnisse (Corneal collagen cross-linking with riboflavin and ultraviolet-A light in progressive keratoconus. Results after 10-year follow-up). Ophthalmologe. 2014; 112 (2): 1-4. DOI 10.1007/s00347-014-3114-0. (Article in German).

34. Wollensak G. Crosslinking treatment of progressive keratoconus: new hope. Curr Opin Ophthalmol 2006; 17:356-60.

35. Степанов В.М. Молекулярная биология. Москва: Высшая школа; 1996.

36. Смирнов А.В., Нестерова О.Б., Голубев Р.В. Янтарная кислота и ее применение в медицине. Часть II. Применение янтарной кислоты в медицине. Нефрология. 2014; 4: 12-Smirnov А.V., Nesterova O.B., Golubev R.V. Succinic acid and its use in medicine. Part II. Nefrologija. 2014; 4: 12-24. (In Russian).

37. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Москва: Медицина; 1984: 67.

38. Борзенок С.А., Мороз З.И., Шемакин С.Ю., Кондрашова М.Н. Глазные капли «Пиротоник». Патент РФ № 2127100; 1999.

39. Чеснокова Н.Б., Безнос О.В., Павленко Т.А. Антиоксидантные свойства глазных капель Мексидола и влияние их местного применения на заживление эпителиальной раны роговицы в эксперименте. Российский офтальмологический журнал. 2012; 5(1): 88-92.

40. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая. Москва: Гриф и К. 2012. Guidelines for preclinical studies of medicines. Part 1. Moscow: Grif I K. 2012. (In Russian).