Evaluation of inflammatory response induced by different types of daily contact lenses

Abstract

Contact lenses (CL) are available for a wide variety of reasons and the flexibility that they offer both in vision correction and in lifestyle is reflected in their wide use. CL are biocompatible materials, however they can also act as a vector for microorganisms to adhere and transfer to the ocular surface, which are the major inducer of an inflammatory response. During the course of the inflammatory response migrating and resident white blood cells, such as macrophages take over as the major mediators of the inflammatory response, which might damage the ocular surface. The goal of this study was to evaluate the inflammatory response induced by different types of daily CL before and after a normal daily wear. In this study we used four Daily Disposable Lenses (DDL): Dailies Total 1, Dailies AquaComfort Plus, Biotrue and Myday. Macrophage cell viability after co-incubation with CL was also accessed by MTT (3 (4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5- diphenyl-2H-tetrazolium bromide) and lactate dehydrogenase (LDH) leakage assay. The inflammatory response was measured by quantifying the Tumor Necrosis Factor alpha (TNF-α) produced by macrophages after contact with the CL. Mycobiological analysis was also an objective of in this work, so microorganisms present at the surface of CL after the normal daily wear were evaluated directly by isolation and identification by ITS sequencing and indirectly by a metagenomics analysis. Results from the cellular viability studies from new CL indicated that for the same brand there is some variability between lots. All lots of Myday CL showed high values of cellular viability, being considered non-cytotoxic. However, some lots of new CL, from Dailies Total 1, Dailies AquaComfort Plus and Biotrue, induced low values of cellular viability, which may be cytotoxic. The results obtained with new CL regarding TNF-α showed that one brand, Dailies Total 1, induced high values of this pro-inflammatory cytokine in all different lots analysed alerting for some concerns on the manufacturing and processing of this CL. Overall, when patients used the CL, the cellular viability decreased and the production of TNF-α was higher in comparison with the new CL. Regarding cell cytotoxicity some variability between patients was observed in all brands however for Dailies Total 1 the overall cell viability increased with the use. Regarding TNF-α production, Dailies Total 1 also behaves differently, inducing a decrease in TNF-α production. These values vary from patient to patient and Patient 1 showed considerably higher levels of TNF-α for all brands, which indicates that this variation is patient dependent. The fungal species that are frequently present in human epidermis, such as Candida parapsilosis and Candida metapsilosis were found in high percentage in the mycobiological analysis of CL. Candida parapsilosis was the only species isolated in the cultivable analysis. In addition, other species like Candida thea and Candida boleticola that may be found in aqueous solutions, such as water for domestic use, were also found in the metagenomic analysis. Overall these results indicate that, despite good compliance, 8h of CL use induces a decrease in cell viability and an increase of pro-inflammatory potential. Contamination of CL with microorganisms from the human hands and water for domestic use highlights once more the importance of a good compliance manly a proper hand washing before removal and after insertion CL. These results demonstrate the importance of selecting for DDL (Daily Disposable Lenses).

As lentes de contato (LC) estão disponíveis no mercado devido a uma ampla variedade de razões, incluindo a flexibilidade que estas oferecem tanto na correção da visão como no estilo de vida, o que se reflete na sua ampla utilização. Apesar das LC serem produzidas com materiais biocompatíveis, estas podem atuar como veículos para os microrganismos aderidos nelas terem acesso à superfície ocular, podendo induzir respostas inflamatórias. No decorrer de uma resposta inflamatória, há migração de glóbulos brancos residentes, como os macrófagos que são os principais mediadores da resposta inflamatória, para a superfície ocular, podendo provocar dano. Assim sendo, o objetivo deste estudo foi avaliar o potencial inflamatório de LC diárias descartáveis antes e depois de um uso diário normal. Neste estudo foram usadas LC diárias das marcas Dailies Total 1, Dailies AquaComfort Plus, Biotrue and Myday.. A viabilidade celular após a co-incubação com as LC foi medida através dos ensaios MTT (brometo de 3(4,5- Dimetil-2-tiazolil) -2,5-difenil-2H-tetrazólio) e lactato desidrogenase (LDH). A resposta inflamatória foi medida por quantificação do Fator de Necrose Tumoral alfa (TNF-α) produzido pelos macrófagos após a interação com as LC. Uma vez que a resposta inflamatória pode ser mediada por microrganismos que aderem à superfície da LC, uma análise micobiológica foi também efetuada neste trabalho. Assim, de modo a determinar a micobiota das LC após o uso diário normal foram analisados diretamente os fungos por isolamento e identificação por sequenciação das regiões ITS e indiretamente através de uma análise de metagenómica. Os resultados obtidos relativamente às LC novas demonstraram que para a mesma marca existe uma certa variabilidade nos valores de viabilidade celular induzidos entre os lotes. Alguns lotes de LC novas das marcas Dailies Total 1, Dailies AquaComfort Plus e Biotrue podem eventualmente ser consideradas citotóxicas. A marca Myday foi a que apresentou os melhores resultados pois todos os lotes induziram valores de viabilidade celular bastante elevados. No que diz respeito à indução de resposta inflamatória, a marca Dailies Total 1 induziu a secreção de elevados níveis de TNF-α em todos os diferentes lotes analisados, alertando para a hipótese de problemas na produção e/ou armazenamento destas LC. Comparando os resultados obtidos pelas LC usadas verificamos que tanto a viabilidade celular diminuiu como a produção de TNF-α foi mais elevada em relação aos resultados obtidos com as LC novas. Analisando a viabilidade celular foi encontrada uma variabilidade entre pacientes em todas as marcas estudadas no entanto, regra geral para Dailies Total 1 os valores de viabilidade aumentaram para todos os usuários estudados. Em relação à produção de TNF-α, as LC da marca Dailies Total 1 também demonstraram um comportamento diferente, diminuindo na indução de TNF-α. O Paciente 1 for o que apresentou níveis mais elevados de TNF-α para todas as marcas. Este resultado sugere que a variação nos valores de TNF-α sejam mais dependentes do usuário do que das marcas. As espécies fúngicas que estão normalmente presentes na epiderme humana, como Candida parapsilosis e Candida metapsilosis foram identificadas na análise micobiológica, o que aponta para a necessidade do cumprimento de todas as regras para uma boa higiene, particularmente a lavagem correta das mãos. Além destas espécies, Candida thea e Candida boleticola foram também identificadas pela análise metagenómica. Esta duas leveduras podem ser encontradas nas águas domésticas. Estes resultados indicam que apesar do cumprimento de todas as regras para uma boa higiene, o uso diário das LC aumenta o seu potencial citotóxico e inflamatório. A adesão de microrganismos residentes na pele e nas águas domésticas às LC demonstra a importância das boas práticas de higiene nomeadamente a correta lavagem das mãos antes da introdução e remoção das lentes de contacto.