(57)【要約】  眼処置用の処方物は、光増感剤及び透過性増強組成物を含む。透過性増強組成物は、１つ以上の透過性増強剤を含む。透過性増強組成物は、親水性及び親油性バランスを有し、光増強剤についての眼の領域の透過性を増加する。親水性及び親油性バランスは、親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）値によって特徴付けられ得る。例えば、眼の領域は、角膜上皮を含み得、光増強剤は、リボフラビンを含み得、そして、透過性増強組成物は、約１２．６〜約１４．６の間の対応するＨＬＢ値を有し得る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増感剤；及び
１つ以上の透過性増強剤を含む透過性増強組成物であって、該透過性増強剤が該光増感剤についての眼の領域の透過性を増加することを示す親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）値を有する、透過性増強組成物
を含む、眼処置用の処方物。
【請求項２】
透過性増強組成物が、複数の透過性増強剤を含み、透過性増強組成物についてのＨＬＢ値が、透過性増強組成物中の各透過性増強剤の比率と、それぞれの透過性増強剤についてのＨＬＢ値とを乗じた積の和に等しい、請求項１に記載の処方物。
【請求項３】
鉄、銅、マンガン、クロム、バナジウム、アルミニウム、コバルト、水銀、カドミウム、ニッケル、ヒ素、２，３−ブタンジオン及び葉酸からなる群より選択される少なくとも１つの添加剤を更に含む、請求項１に記載の処方物。
【請求項４】
少なくとも１つの添加剤が、鉄（ＩＩ）を含む、請求項３に記載の処方物。
【請求項５】
眼の領域が、角膜上皮である、請求項１に記載の処方物。
【請求項６】
光増感剤が、リボフラビンを含み、そして、透過性増強組成物が、約１２．６〜約１４．６の間のＨＬＢ値を有する、請求項５に記載の処方物。
【請求項７】
眼の領域が、病原体によって感染した領域である、請求項１に記載の処方物。
【請求項８】
眼を処置するための方法であって、
光増感剤；及び
１つ以上の透過性増強剤を含む透過性増強組成物であって、該透過性増強剤が該光増感剤についての眼の領域の透過性を増加することを示す親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）値を有する、透過性増強組成物
を含む処方物を眼の領域に適用すること；及び
該眼の領域にある照射量の照光を送達することによって該光増感剤を光活性化すること
を含む、方法。
【請求項９】
透過性増強組成物が、複数の透過性増強剤を含み、そして、透過性増強組成物についてのＨＬＢ値が、透過性増強組成物中の各透過性増強剤の比率と、それぞれの透過性増強剤についてのＨＬＢ値とを乗じた積の和に等しい、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
処方物が、鉄、銅、マンガン、クロム、バナジウム、アルミニウム、コバルト、水銀、カドミウム、ニッケル、ヒ素、２，３−ブタンジオン及び葉酸からなる群より選択される少なくとも１つの添加剤を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの添加剤が、鉄（ＩＩ）を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
角膜にある濃度の酸素を適用することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
処方物を適用することが、病原体によって感染した眼の領域に該処方物を適用することを含み、これにより、光増感剤の光活性化が、該病原体によって感染した該領域上に抗菌効果を提供する、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
処方物を適用することが、角膜上皮に該処方物を適用することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
光増感剤が、リボフラビンを含み、透過性増強組成物が、約１２．６〜約１４．６の間のＨＬＢ値を有し、そして、照光が、紫外線を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
光増感剤；及び
該光増感剤についての角膜上皮の透過性を増加する親水性及び親油性バランスを有する分子を含む非イオン性界面活性剤
を含む、角膜処置用の処方物。
【請求項１７】
光増感剤が、リボフラビンを含み、そして、非イオン性界面活性剤が、約１２．６〜約１４．６の間の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）値を有する、請求項１６に記載の処方物。
【請求項１８】
非イオン性界面活性剤が、ポリオキシエチレン（９）ラウリルエーテルを含む、請求項１７に記載の処方物。
【請求項１９】
鉄、銅、マンガン、クロム、バナジウム、アルミニウム、コバルト、水銀、カドミウム、ニッケル、ヒ素、２，３−ブタンジオン及び葉酸からなる群より選択される少なくとも１つの添加剤を更に含む、請求項１６に記載の処方物。
【請求項２０】
少なくとも１つの添加剤が、鉄（ＩＩ）を含む、請求項１９に記載の処方物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年７月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／１９５１４４号明細書、２０１５年１１月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／２５５４５２号明細書、２０１５年１２月４日に出願された米国仮特許出願第６２／２６２９１９号明細書、及び２０１５年１２月４日に出願された米国仮特許出願第６２／２６３５９８号明細書の優先権を主張し、これらの出願の内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本開示は、眼処置用のシステム及び方法に、より特定すると、眼を処置するために、眼の区域に光増感剤を送達するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の記載
ある光増感剤は、眼を処置するために眼に適用され得る。例えば、光増感剤は、角膜において架橋活性を生じ得る。クロスリンキングは、円錐角膜などの障害を処置することができる。特に、円錐角膜は、角膜内の構造的変化がそれを弱体化させることを生じ、そして、異常な円錐形へと変化させる、眼の変性障害である。クロスリンキング処置は、円錐角膜によって弱体化した領域を強化し、かつ、安定化させることができ、そして、望ましくない形状の変化を予防することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
要約
本開示の態様は、眼を処置するために眼の区域に光増感剤を送達するためのシステム及び方法に関する。特に、該システム及び方法は、所望の領域への光増感剤の送達を促進するために、角膜上皮などの眼構造の透過性を増強する処方物（formulations）を使用する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の態様によると、眼処置用の処方物は、光増感剤及び透過性増強組成物を含む。透過性増強組成物は、１つ以上の透過性増強剤を含む。透過性増強組成物は、光増感剤についての眼の領域の透過性を増加することを示す親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）値を有する。幾つかの場合では、透過性増強組成物は、複数の透過性増強剤を含み、ここでの透過性増強組成物についてのＨＬＢ値は、透過性増強組成物中の各透過性増強剤の比率と、それぞれの透過性増強剤についてのＨＬＢ値とを乗じた積の和に等しい。他の場合では、該処方物は、鉄、銅、マンガン、クロム、バナジウム、アルミニウム、コバルト、水銀、カドミウム、ニッケル、ヒ素、２，３−ブタンジオン及び葉酸からなる群より選択される少なくとも１つの添加剤を更に含む。例えば、少なくとも１つの添加剤は、鉄（ＩＩ）を含む。更なる場合では、眼の領域は、角膜上皮である。更なる場合では、光増感剤は、リボフラビンを含み、そして、透過性増強組成物は、約１２．６〜約１４．６の間のＨＬＢ値を有する。代替的な場合では、眼の領域は、病原体によって感染した領域である。
【０００６】
本開示の更なる態様によると、眼を処置するための方法は、眼の領域に上記処方物を適用することと、該眼の領域にある照射量の照光（illumination）を送達することによって光増感剤を光活性化することを含む。幾つかの場合では、該方法は、角膜にある濃度の酸素を適用することを更に含む。他の場合では、該処方物を適用することは、病原体によって感染した眼の領域に該処方物を適用することを含み、これにより、光増感剤の光活性化は、該病原体によって感染した該領域上に抗菌効果を提供する。代替的な場合では、該処方物を適用することは、角膜上皮に該処方物を適用することを含む。
【０００７】
本開示の他の態様によると、角膜処置用の処方物は、光増感剤及び非イオン性界面活性剤を含む。非イオン性界面活性剤は、光増感剤についての角膜上皮の透過性を増加する親水性及び親油性バランスを有する分子を含む。幾つかの場合では、光増感剤は、リボフラビンを含み、そして、非イオン性界面活性剤は、約１２．６〜約１４．６の間の親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）値を有する。他の場合では、非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレン（９）ラウリルエーテルを含む。更に他の場合では、該処方物は、鉄、銅、マンガン、クロム、バナジウム、アルミニウム、コバルト、水銀、カドミウム、ニッケル、ヒ素、２，３−ブタンジオン及び葉酸からなる群より選択される少なくとも１つの添加剤を含む。例えば、少なくとも１つの添加剤は、鉄（ＩＩ）を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の態様により、角膜コラーゲンの架橋を生じさせるために、架橋剤及び光活性化光を眼の角膜に送達する例示的なシステムを説明する。
【図２Ａ】図２Ａ〜Ｂは、本開示の態様により、角膜のクロスリンキング処置中に適用されたリボフラビン及び光活性化光（例えば、紫外線Ａ（ＵＶＡ）光）が関与する、光化学的でキネティックな反応についての略図を説明する。
【図２Ｂ】図２Ａ〜Ｂは、本開示の態様により、角膜のクロスリンキング処置中に適用されたリボフラビン及び光活性化光（例えば、紫外線Ａ（ＵＶＡ）光）が関与する、光化学的でキネティックな反応についての略図を説明する。
【図３Ａ】図３Ａ〜Ｃは、酸素枯渇実験についてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図３Ｂ】図３Ａ〜Ｃは、酸素枯渇実験についてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図３Ｃ】図３Ａ〜Ｃは、酸素枯渇実験についてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図４】図４は、非線形光学顕微鏡の蛍光実験についてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図５Ａ】図５Ａ〜Ｄは、パパイン消化法実験に基づいた蛍光データについてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図５Ｂ】図５Ａ〜Ｄは、パパイン消化法実験に基づいた蛍光データについてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図５Ｃ】図５Ａ〜Ｄは、パパイン消化法実験に基づいた蛍光データについてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図５Ｄ】図５Ａ〜Ｄは、パパイン消化法実験に基づいた蛍光データについてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図６Ａ】図６Ａ〜Ｂは、角膜実質境界線（corneal stromal demarcation line）の実験についてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図６Ｂ】図６Ａ〜Ｂは、角膜実質境界線の実験についてのモデル値と実験データとの間の相関を示すグラフを説明し、ここでのモデル値は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルに基づく。
【図７Ａ】図７Ａ〜Ｃは、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明する。
【図７Ｂ】図７Ａ〜Ｃは、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明する。
【図７Ｃ】図７Ａ〜Ｃは、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明する。
【図８Ａ】図８Ａ〜Ｃは、光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明し、ここで、架橋プロファイルを評価し、本開示の態様による各プロトコールについての境界線の深さを決定する。
【図８Ｂ】図８Ａ〜Ｃは、光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明し、ここで、架橋プロファイルを評価し、本開示の態様による各プロトコールについての境界線の深さを決定する。
【図８Ｃ】図８Ａ〜Ｃは、光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明し、ここで、架橋プロファイルを評価し、本開示の態様による各プロトコールについての境界線の深さを決定する。
【図９Ａ】図９Ａ〜Ｂは、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルに基づいた光活性化光の照射量に対する境界線の深さのグラフを説明する。
【図９Ｂ】図９Ａ〜Ｂは、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルに基づいた光活性化光の照射量に対する境界線の深さのグラフを説明する。
【図１０】図１０は、光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明し、ここで、架橋プロファイルを評価し、本開示の態様による各プロトコールについての境界線の深さを決定する。
【図１１】図１１は、図１０について使用されたプロトコールにより実験的に処置された角膜についての基準値と比較した、６か月目及び１２か月目における最大角膜曲率（Ｋｍａｘ）の実測値を説明する。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１０における各プロトコールについて決定された生体力学的剛度の深さに対して、本開示の態様によるそれぞれのプロトコールに対応する６か月目及び１２か月目のＫｍａｘの実験的変化をプロットしたグラフを説明する。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１０における各プロトコールについての境界線より上の領域に対して、本開示の態様によるそれぞれのプロトコールに対応する６か月目及び１２か月目のＫｍａｘの実験的変化をプロットしたグラフを説明する。
【図１３】図１３は、本開示の態様による光化学的でキネティックな反応のモデルを使用した例示的なシステムを説明する。
【図１４】図１４は、角膜に適用された様々な処方物についての相対的な拡散率の値を説明する。
【図１５】図１５は、様々なリボフラビン処方物を用いて処置された、架橋された角膜についての相対的蛍光値を説明する。
【図１６】図１６は、様々なリボフラビン処方物を用いて角膜を処置するための様々なパラメーターを説明する。
【図１７】図１７は、図１６におけるパラメーターにより処置された、架橋された角膜についての相対的蛍光値を説明する。
【図１８】図１８〜２０は、リボフラビン溶液中の様々な界面活性剤を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図１９】図１８〜２０は、リボフラビン溶液中の様々な界面活性剤を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２０】図１８〜２０は、リボフラビン溶液中の様々な界面活性剤を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２１】図２１は、透過性増強剤として塩化ベンザルコニウム（ＢＡＣ）を含むリボフラビン溶液と比較した、ＢＡＣを含まないリボフラビン溶液を用いて処置された、架橋された角膜のフラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２２】図２２〜２４は、透過性増強剤としてＢＡＣを含む他のリボフラビン溶液と比較して、及び全く透過性増強剤を含まない他のリボフラビン溶液と比較して、透過性増強剤として様々な濃度のポリドカノールを含むリボフラビン溶液を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２３】図２２〜２４は、透過性増強剤としてＢＡＣを含む他のリボフラビン溶液と比較して、及び全く透過性増強剤を含まない他のリボフラビン溶液と比較して、透過性増強剤として様々な濃度のポリドカノールを含むリボフラビン溶液を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２４】図２２〜２４は、透過性増強剤としてＢＡＣを含む他のリボフラビン溶液と比較して、及び全く透過性増強剤を含まない他のリボフラビン溶液と比較して、透過性増強剤として様々な濃度のポリドカノールを含むリボフラビン溶液を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２５】図２５〜２６は、透過性増強剤としてＢＡＣを含む他のリボフラビン溶液と比較して、透過性増強剤として様々な濃度のポリドカノールを含むリボフラビン溶液、又は様々な濃度のポリドカノール並びに添加剤としてＦｅ（ＩＩ）を含むリボフラビン溶液を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２６】図２５〜２６は、透過性増強剤としてＢＡＣを含む他のリボフラビン溶液と比較して、透過性増強剤として様々な濃度のポリドカノールを含むリボフラビン溶液、又は様々な濃度のポリドカノール並びに添加剤としてＦｅ（ＩＩ）を含むリボフラビン溶液を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対的蛍光を説明する。
【図２７】図２７は、２つの異なる界面活性剤のうちの１つ、又は２つの界面活性剤の組み合わせを用いて処置された、架橋されたフラップの相対的蛍光を説明する。
【図２８Ａ】図２８Ａは、実験的に、様々な時間についてリボフラビン中に浸漬させ、そして、様々な時間についてＵＶ光を照射した、角膜の前部、中央部及び後部の切片で測定されたブリルアン係数値を説明する。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、実験的に測定されたブリルアン係数値、及び様々なクロスリンキング処置についての光化学的でキネティックな反応のモデルを用いて計算された値を説明する。
【図２９】図２９は、架橋濃度の濃度、及び境界線の深さと角膜の深さとの関数、並びに二次微分を説明する。
【図３０】図３０は、１４個の別々の研究において記載されたプロトコールについての角膜実質境界線の深さについての、モデル値と実験データとの相関を示すデータの別のグラフを説明する。
【図３１】図３１は、伸縮測定実験における様々なクロスリンキング処置についての光化学的でキネティックな反応のモデルによって計算された架橋プロファイルのグラフ（角膜の深さの関数としての架橋濃度）を説明する。
【図３２】図３２は、伸縮測定の実測値と、図３１の実験における様々なクロスリンキング処置についてのモデルによって計算された値との相関を説明する。
【図３３】図３３は、どのように光化学的プロセスの特定の態様が制御されるか又は別様に影響を受けて所望の架橋活性を生じることを可能にするかを、光化学的でキネティックな反応のモデルによって説明する。
【図３４】図３４は、架橋活性での図３３における様々な添加剤の効果を示す。
【図３５】図３５〜３６は、光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明する。
【図３６】図３５〜３６は、光化学的でキネティックな反応のモデルによって生じるような、様々なプロトコールを使用した処置についての架橋プロファイルのグラフを説明する。
【図３７】図３７は、境界線の深さが、リボフラビン濃度、増粘剤の使用、照光（ＵＶＡ）装置の較正、照光（ＵＶＡ）ビームプロファイル、及び／又は地理的因子の態様によって影響を受け得ることを説明する。
【図３８】図３８は、本開示の態様により所望の生体力学的変化を達成するための処置パラメーターを提供するための、光化学的でキネティックな反応のモデルを使用した例示的なシステムを説明する。
【図３９】図３９  本開示の態様により所望の生体力学的変化を達成するための処置パラメーターを決定するための、光化学的でキネティックな反応のモデルを使用した例示的な方法。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
説明
図１は、眼１の角膜２においてコラーゲンの架橋を生じるための例示的な処置システム１００を説明する。処置システム１００は、架橋剤１３０を角膜２に適用するためのアプリケータ１３２を備える。例示的な実施態様では、アプリケータ１３２は、角膜２に液滴として光増感剤１３０を適用する点眼瓶、シリンジなどであり得る。架橋剤１３０は、架橋剤１３０が角膜上皮２ａを通過して角膜実質２ｂにおける下部の領域へ、を可能にする処方物で提供され得る。或いは、角膜上皮２ａは、架橋剤１３０を下部の組織に、より直接的に適用することが可能となるように、除去又は別途切開され得る。
【００１０】
処置システム１００は、光源１１０を有する照光システム、及び光を角膜２に方向づけるための光学素子１１２を備える。光は、架橋剤１３０の光活性化を引き起こし、角膜２において架橋活性を生じさせる。例えば、架橋剤は、リボフラビンを含み得、そして、光活性化光は、紫外線Ａ（ＵＶＡ）（例えば、３６５nm）光であり得る。或いは、光活性化光は、可視波長（例えば、４５２nm）などの、別の波長を有し得る。更に後述されるように、角膜クロスリンキングは、光化学的でキネティックな反応のシステムにより角膜組織内の化学結合を生じることによって角膜強度を改善する。例えば、リボフラビン及び光活性化光は、角膜組織を安定化及び／又は強化して円錐角膜又はＬＡＳＩＫ後の拡張症などの疾患に対処するために適用される。
【００１１】
処置システム１００は、システム１００（光源１１０及び／又は光学素子１１２を備える）の態様を制御する１つ以上の制御装置１２０を備える。一つの実装では、角膜２は、架橋剤１３０を用いて（例えば、点眼瓶、シリンジなどを用いて）より広く処置され得、そして、光源１１０からの光活性化光は、特定のパターンにより、処置された角膜２の区域に選択的に方向づけられ得る。
【００１２】
光学素子１１２は、光源１１０により放出された光活性化光を特定のパターンで角膜２上に方向づけ、かつ、焦点を合わせるための、１つ以上の鏡又はレンズを備え得る。光学素子１１２は、光源１１０により放出された光の波長を部分的に遮断するために、そして、架橋剤１３０を活性化するために角膜２に方向づけられるための光の特定の波長を選択するために、フィルターを更に備え得る。加えて、光学素子１１２は、光源１１０により放出された光のビームを分割するための１つ以上のビームスプリッターを備え得、かつ、光源１１０により放出された光を吸収するための１つ以上のヒートシンクを備え得る。また、光学素子１１２は、角膜２内の特定の焦点面に（例えば、架橋活性が所望される下部の領域２ｂにおける特定の深部に）、正確かつ精密に光活性化光の焦点を合わせ得る。
【００１３】
更に、光活性化光の具体的なレジメンは、角膜２の選択された区域において所望の程度の架橋を達成するために変調され得る。１つ以上の制御装置１２０は、光源１１０及び／又は光学素子１１２の動作を制御し、波長、帯域幅、強度、力、位置、浸透の深さ、及び／又は処置の期間（露光サイクルの期間、暗サイクル期間、及び暗サイクル期間に対する露光サイクル期間の比）の任意の組み合わせによって光活性化光を精密に送達するために使用され得る。
【００１４】
架橋剤１３０を光活性化するためのパラメーターは、例えば、所望の架橋を達成するのに必要な時間を減少させるために調整され得る。例示的な実装では、時間は数分から数秒へ短縮され得る。幾つかの構成は、５mW/cm2の放射照度で光活性化光を適用し得るが、より大きな放射照度の光活性化光（例えば、５mW/cm2の倍数）が、所望の架橋を達成するのに必要な時間を短縮させるために適用され得る。角膜２に吸収されるエネルギーの総照射量は、有効照射量として記載され得、これは、角膜上皮２ａの領域を通過して吸収されるエネルギー量である。例えば、角膜表面２Ａの区域に対する有効照射量は、例えば、５J/cm2、又は２０J/cm2若しくは３０J/cm2と同程度の大きさであり得る。記載された有効量は、エネルギーの単回適用から、又はエネルギーの反復適用から送達され得る。
【００１５】
処置システム１００の光学素子１１２は、光活性化光の適用を空間的かつ時間的に変調させるためにデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を備え得る。ＤＭＤ技術を使用して、光源１１０からの光活性化光は、半導体チップ上にマトリックス状に配置された微視的に小さな鏡によって生成される精密な空間的なパターンで発射される。各々の鏡は、発射光のパターンにおける１つ以上の画素を表す。ＤＭＤを用いて、トポグラフィー誘導されたクロスリンキングを実行することができる。トポグラフィーによるＤＭＤの制御は、幾らかの異なる空間的かつ時間的な放射照度及び照射量プロファイルを利用し得る。これらの空間的かつ時間的な照射量プロファイルは、連続波の照光を使用して生成されてもよいが、また、上記されたように周波数及びデューティサイクルレジメンの変動下で照光源をパルス化することによって、パルス化された照光を介して変調させ得る。或いは、ＤＭＤは、連続波の照光を使用して、画素ベースによって、画素上の様々な周波数及びデューティサイクルを変調し、最終的な可撓性を与えることができる。或いは、代替的に、パルス化された照光及び変調されたＤＭＤ周波数の双方、並びにデューティサイクルの組み合わせが、組み合わせられ得る。これは、具体的な量の空間的に決定された角膜クロスリンキングを可能にする。この空間的に決定されたクロスリンキングは、処置前プランニング並びに／又は処置中の角膜クロスリンキングのリアルタイムモニタリング及び変調のために、線量測定法、干渉法、光干渉断層法（ＯＣＴ）、角膜トポグラフィーなどと組み合わせられ得る。追加的に、患者特有の処置前プランを作るために、臨床前の患者情報が、有限要素の生体力学的コンピュータモデリングと組み合わせられてもよい。
【００１６】
光活性化光の送達の態様を制御するために、実施態様はまた、多光子励起顕微鏡法の態様を利用し得る。特に、特定の波長の単一光子を角膜２へ送達するよりもむしろ、処置システム１００は、クロスリンキングを開始するために組み合わせる、より長い波長（即ち、低いエネルギー）の多光子を送達し得る。有利には、より長い波長は、短い波長よりもより低い程度で角膜２内において散乱し、これは、より長い波長の光が、より短い波長の光よりもより効率的に角膜２に浸透することを可能にする。光増感剤による光の吸収がより長い波長では極めて少ないので、角膜内のより深部での入射した照射線の遮蔽効果もまた、従来の短い波長の照光よりも低減する。これは、深さ特異的なクロスリンキングについて増強された制御を可能にする。例えば、幾つかの実施態様では、２つの光子が利用され得、更に後述される光化学的でキネティックな反応を発生させるために、各々の光子が、架橋剤１３０中の分子を励起するのに必要なエネルギーの約半分を持つ。架橋剤分子は、両方の光子を同時に吸収する場合、それは、角膜組織において反応性ラジカルを放出するのに十分なエネルギーを吸収する。実施態様はまた、架橋剤分子が、例えば、３、４又は５個の光子を同時に吸収し、反応性ラジカルを放出しなければならないように、より低いエネルギーの光子を利用し得る。多光子をほぼ同時に吸収する確率は低いため、高いフラックスの励起光子が必要とされ得、そして、高いフラックスはフェムト秒レーザーを通して送達され得る。
【００１７】
多数の条件及びパラメーターが、架橋剤１３０を用いる角膜コラーゲンクロスリンキングに影響を及ぼす。例えば、架橋剤１３０が、リボフラビンであり、そして、光活性化光が、ＵＶＡ光である場合、放射照度及び照射量が共に、架橋の量及び速度に影響を及ぼす。ＵＶＡ光は連続的（連続波（ＣＷ））に適用されても又はパルス光として適用されてもよく、この選択が、架橋の量、速度及び範囲に影響を有する。
【００１８】
ＵＶＡ光がパルス光として適用される場合には、露光サイクル期間、暗サイクル期間、及び暗サイクル期間に対する露光サイクル期間の比が、得られる角膜の剛度に影響を有する。パルス光の照光は、送達される同じ量又は同じ照射量のエネルギーについて、連続波の照光を用いて達成され得るよりもより強い又はより弱い角膜組織の剛度を生じさせるために使用され得る。好適な長さ及び周波数の光パルスが、より最適な化学的増幅を達成するために使用され得る。パルス光を処置するための、オン／オフデューティサイクルは、約１０００／１〜約１／１０００の間であり得；放射照度は、約１mW/cm2〜約１０００mW/cm2平均放射照度の間であり得、そして、パルス速度は、約０．０１Hz〜約１０００Hzの間、又は約１０００Hz〜約１００，０００Hzの間であり得る。
【００１９】
処置システム１００は、ＤＭＤを利用することによって、光源１１０を電子的にオン及びオフにすることによって、並びに／或いは、機械的な若しくは光電子的な（例えば、ポッケルスセル）シャッタ、又は機械的チョッパ若しくは回転アパーチャを使用することによって、パルス光を発生させ得る。ＤＭＤの画素固有の変調能力、並びに、続く、変調させた周波数、デューティサイクル、放射照度及び角膜に送達される照射量に基づく剛度付与のため、複雑な生体力学的剛度パターンが、様々な量の屈折矯正を可能にするために角膜に付与され得る。これらの屈折矯正は、例えば、近視、遠視、乱視、不正乱視、老視、及び眼の症状（例えば、円錐角膜、ペルーシド角膜辺縁疾患、ＬＡＳＩＫ後の拡張症、及び角膜の生体力学的変質／変性などの他の症状）に起因する複雑な角膜の屈折面矯正、の組み合わせを含み得る。ＤＭＤシステム及び方法の具体的な利点は、それが、ランダム化された非同期のパルスのトポグラフィーパターニングを可能にし、２Hz〜８４Hzの間のパルスの周波数に対する光過敏性てんかん発作又はフリッカーバーティゴを誘発する可能性を排除する非周期的かつ均一に現れる照光を生成することである。
【００２０】
例示的な実施態様は階段状のオン／オフのパルス光の関数が利用され得るが、角膜に光を適用するための他の関数が類似の効果を達成するために利用されてもよいことが理解される。例えば、光は、正弦関数、鋸歯状の関数又は他の複雑な関数若しくは曲線、或いは関数又は曲線の任意の組み合わせによって角膜に適用され得る。実際、関数は実質的に階段状であり得、そこでは、オン／オフ値の間により緩やかな移行があり得ることが理解される。加えて、放射照度は、オフサイクルの間にゼロの値まで減少する必要はなく、そして、オフサイクルの間にゼロより大きくてもよいことが理解される。所望の効果は、２つ以上の値の間で放射照度を変化させる曲線によって角膜に光を適用することにより、達成され得る。
【００２１】
光活性化光を送達するためのシステム及び方法の例は、例えば、２０１１年３月１８日に出願された「Systems and Methods for Applying and Monitoring Eye Therapy」という表題の米国特許出願公開第２０１１／０２３７９９９号明細書、２０１２年４月３日に出願された「Systems and Methods for Applying and Monitoring Eye Therapy」という表題の米国特許出願公開第２０１２／０２１５１５５号明細書、及び２０１３年３月１５日に出願された「Systems and Methods for Corneal Cross-Linking with Pulsed Light」という表題の米国特許出願公開第２０１３／０２４５５３６号明細書に記載され、これらの出願の内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【００２２】
酸素の添加もまた、角膜剛度の量に影響を及ぼす。ヒト組織では、Ｏ２含量が外気と比較して非常に低い。しかしながら、角膜における架橋の速度は、角膜が光活性化光で照射される場合、Ｏ２の濃度に関連する。したがって、所望の量の架橋が達成されるまで架橋の速度を制御するために、照射の間、能動的にＯ２の濃度を増加又は減少させることが有利であり得る。酸素は、多数の異なる方法でクロスリンキング処置の間に適用され得る。１つのアプローチは、Ｏ２でリボフラビンを過飽和にすることを伴う。したがって、リボフラビンが眼に適用される場合、より高い濃度のＯ２がリボフラビンと共に角膜内に直接送達され、リボフラビンが光活性化光に曝露される場合のＯ２を伴う反応に影響を及ぼす。別のアプローチによれば、（選択された濃度の）定常状態のＯ２が、選択された量のＯ２に角膜を曝露させ、かつ、Ｏ２の角膜への侵入を生じさせるために角膜の表面で維持され得る。図１に示されるように、例えば、処置システム１００はまた、酸素源１４０、及び角膜２に選択された濃度の酸素を場合により送達する酸素送達デバイス１４２を備える。クロスリンキング処置の間に酸素を適用するための例示的なシステム及び方法は、例えば、２０１０年１０月２１日に出願された「Eye Therapy」という表題の米国特許第８５７４２７７号明細書、及び２０１２年１０月３１日に出願された「Systems and Methods for Corneal Cross-Linking with Pulsed Light」という表題の米国特許出願公開第２０１３／００６０１８７号明細書に記載され、これらの出願の内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【００２３】
一般的に、角膜の構造は５つの層を含む。眼の外表面から内側に向かって、これらは（１）上皮、（２）ボウマン層、（３）角膜実質、（４）デスメ膜、及び（５）内皮である。例示的なクロスリンキング処置の間、角膜実質を光増感剤であるリボフラビンを用いて処置し、そして、紫外線（ＵＶ）光を角膜に送達して角膜実質内のリボフラビンを活性化する。ＵＶ照射を吸収すると、リボフラビンは酸素との反応を受け、反応性酸素種及び他のラジカルが生成される。これらの反応性酸素種及び他のラジカルは更にコラーゲン線維と相互作用して、コラーゲン線維のアミノ酸が互いに結合する共有結合を誘導して、これにより、線維を架橋する。コラーゲンクロスリンキングの光酸化の誘導は、角膜実質の生体力学的強度を増強させ、円錐角膜などのある眼の症状に対する治療上の有益性を提供し得るか、又は屈折の変化を生じて、近視、遠視及び／若しくは乱視を矯正し得る。
【００２４】
上皮は、角膜の最外層のバリアであるため、涙膜から角膜実質組織へと入っていく栄養分（酸素を含む）を調節するように機能する。この調節は、上皮の一方の側におけるバリア透過性の溶質の濃度差に起因する上皮を横切る浸透圧によって駆動される、上皮の生理学的「ポンプ」を介して行なわれる。健康な場合には、角膜実質内で枯渇するようになった涙膜内のある栄養分は、角膜実質に再補給するために浸透圧を介して上皮を透過することができる。しかしながら、酸素及び幾つかの他の低分子の栄養分はこの機構により角膜実質に到達することができる一方で、ある光増感剤は上皮を通過することができない。
【００２５】
リボフラビンは、例えば、上皮の密着結合を透過することができない比較的大きな親水性分子である。上皮は、角膜実質を透過することのできるリボフラビンの量を緩徐化させる。したがって、角膜クロスリンキング処置を実施するために、リボフラビンの低い拡散性を克服し、十分な濃度のリボフラビンを角膜実質に送達するために、様々なアプローチが使用されている。１つのアプローチによると、リボフラビン溶液を角膜実質に直接適用する前に上皮を除去する（上皮の切除）。上皮の除去は、リボフラビンが角膜実質に到達することを可能とするが、該アプローチには、患者の不快感、感染のリスク、及び他の可能性ある合併症を伴う。
【００２６】
一方、他のアプローチは上皮の切除を回避する。例えば、リボフラビンは、架橋剤が上皮を通過することを可能とする処方物で提供され得る。このような処方物は、例えば、２００９年５月６日に出願された「Collyrium for the Treatment of Conical Cornea with Cross-Linking Trans-Epithelial Technique」という表題の米国特許出願公開第２０１０／０２８６１５６号明細書、及び２０１３年１月４日に出願された「Trans-Epithelial Osmotic Collyrium for the Treatment of Keratoconus」という表題の米国特許出願公開第２０１３／０２６７５２８号明細書に記載され、これらの出願の内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。特に、幾つかのリボフラビン処方物は、イオン性薬剤（例えば、塩化ベンザルコニウム（ＢＡＣ））を、具体的なモル浸透圧濃度の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と共に含む。このような処方物は上皮の透過性を増強し得るが、それらは、不都合には、上皮に対して腐食性である。
【００２７】
追加的に又は代替的に、別の溶液及び／又は力学的な力を適用することにより、上皮の透過性を増強し、そして、リボフラビンがより容易に上皮を透過することを可能とし得る。角膜の下部区域への架橋剤の送達を増強するか又は別様に制御するためのアプローチの例は、例えば、２０１１年４月１３日に出願された「Systems and Methods for Activating Cross-Linking in an Eye」という表題の米国特許出願公開第２０１１／０２８８４６６号明細書、及び２０１２年５月１８日に出願された「Controlled Application of Cross-Linking Agent」という表題の米国特許出願公開第２０１２／０２８９８８６号明細書に記載され、これらの出願の内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【００２８】
本開示は、別のクラスのリボフラビン処方物の使用を教示する。有利には、このような処方物は、切除を伴うことなく比較的大きな親水性のリボフラビン分子（即ち、フラビンモノヌクレオチド（ＦＭＮ）分子又はリボフラビン−５’−リン酸分子）が上皮を透過することを可能とするように上皮の透過性を十分に増強するが、透過性は、上皮が損傷されるようになるまでには増強されない。透過性を増強するために、このような処方物は、親水性−親油性バランス（ＨＬＢ）系を使用して選択された非イオン性薬剤を使用する。
【００２９】
透過性増強剤のＨＬＢは、増強剤の分子構造における親水性基と親油性基のバランスを示す。上皮のための透過性増強剤（即ち、乳化剤）は、親水性基及び親油性基の両方を有する分子を含む。９未満のＨＬＢ値を有する分子は親油性と判断され、そして、１１を超えるそれらは親水性として判断される。９〜１１のＨＬＢ値を有する分子は中間である。
【００３０】
角膜上皮のために、大きすぎる又は小さすぎるＨＬＢ値は、光増感剤が上皮を通過するのを助けない。具体的なＨＬＢ範囲が、上皮を通る光増感剤の移動を増強する。したがって、本開示の態様は、上皮及び角膜実質を通過する最適化された拡散性を達成する親水性／親油性バランスを有する非イオン性薬剤を使用する。有利には、非イオン性薬剤はまた、ＢＡＣなどのイオン性薬剤よりも、上皮に対して腐食性が低く、かつ、損傷性が低い。
【００３１】
リボフラビンに対する、より効果的な透過性増強剤についてのＨＬＢ範囲は、本発明者らによって約１２．６〜約１４．６であると実験的に決定された。一クラスの透過性増強剤としては、異なる長さの脂肪族鎖を有する様々な形状のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を含む。例示的な実施態様によると、幾つかのリボフラビン処方物は、ＨＬＢ値が約１３．６を有する、具体的な濃度のポリドカノール（ポリオキシエチレン（９）ラウリルエーテル）を含む。
【００３２】
分子、又は分子の組み合わせ（ここでの親水性部分はエチレンオキシドのみからなる）についてのＨＬＢを計算するための式は：
ＨＬＢ＝Ｅ／５（式中、Ｅ＝オキシエチレン含量の重量％）
である。
【００３３】
一般的に、より効果的な透過性を達成する増強剤についてのＨＬＢ範囲は、処方物の様々な態様により変化し得る。特に、より最適な増強剤についてのＨＬＢ範囲は、処方物中に使用される光増感剤により変化し得る。例えば、ローズベンガルなどの他の光増感剤については、より最適な透過性は、リボフラビン（例えば、ＨＬＢは、約１２．６〜約１４．６）についてのそれとは異なるＨＬＢ範囲の増強剤を使用することによって達成され得る。
【００３４】
更に、該処方物は、より最適な増強剤についてのＨＬＢ範囲に影響を及ぼし得る他の添加剤を含み得る。例えば、リボフラビン処方物はまた、Ｆｅ（ＩＩ）などの鉄イオンを含み得る。光増感剤処方物に含まれ得る添加剤は、例えば、２０１４年５月１９日に出願された「Systems, Methods, and Compositions for Cross-linking」という表題の米国特許出願公開第２０１４／０３４３４８０号明細書、及び２０１４年１２月２日に出願された「Systems, Methods, and Compositions for Cross-linking」という表題の米国仮特許出願公開第６２／０８６５７２号明細書に記載され、これらの出願の内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。他の添加剤としては、例えば、銅、マンガン、クロム、バナジウム、アルミニウム、コバルト、水銀、カドミウム、ニッケル、ヒ素、２，３−ブタンジオン及び葉酸を含む。
【００３５】
更に、幾つかの透過性増強剤を組み合わせて、上皮に対してより効果的な透過性を達成する具体的なＨＬＢを達成し得る。これらは、各増強剤の比率を測り、そのＨＬＢ値をそれに乗じ、次いで、結果を合計することによって計算され得る。例えば、ＨＬＢ値が約１４を有する増強剤Ａを３０％、ＨＬＢ値が約６を有する増強剤Ｂを５０％、及びＨＬＢ値が約１４を有する増強剤Ｃを２０％含む処方物において、推定されるＨＬＢ値は：
３０％×ＡについてのＨＬＢ １４＝４．２；
５０％×ＢについてのＨＬＢ ６＝３．０；
２０％×ＣについてのＨＬＢ １４＝２．８；
Ａ＋Ｂ＋Ｃの組み合わせの推定されるＨＬＢ値＝４．２＋３．０＋２．８＝１０．０
のように計算され得る。
【００３６】
したがって、２つ以上の増強剤を組み合わせて、非常に具体的なＨＬＢ値に到達し得、一方、単一の増強剤は最適性の低い透過性を提供し得る。更に、異なる増強剤の組み合わせは、溶解度、粘度、安定性、又は幾つかの他の所望の性質に関して、最終的な処方物の他の望ましい特性を付与し得る。
【００３７】
試験１
試験において、フランツセルを使用して、約１００μmの上皮を有する又は有さないブタ眼において、ＢＡＣ又は非イオン性薬剤を含有しているリボフラビン処方物の拡散率を測定した。図１４は、この試験における処方物についての拡散率の値のグラフを説明する。Ａ列は、上皮を有さないブタ眼（エピオフ（epi-off））への０．１％リボフラビンの生理食塩水溶液の適用を表す。Ｂ列は、エピオフのブタ眼へのＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液の適用を表す。Ｃ列は、上皮を有するブタ眼（エピオン（epi-on））への非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液の適用を表す。Ｄ列は、エピオンのブタ眼へのＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液の適用を表す。Ｅ列は、エピオンのブタ眼への０．１％リボフラビンの生理食塩水溶液の適用を表す。結果は、非イオン性薬剤の処方物を含む処方物は、ＢＡＣを含むイオン性処方物よりもより迅速な拡散を達成したことを示す。更に、エピオンで適用された非イオン性薬剤を含む処方物の拡散率は、エピオフで適用された処方物についての拡散率と類似している。したがって、十分な親水性／親油性バランスが非イオン性薬剤を用いて達成された。
【００３８】
試験２
試験において、食肉処理場（SiouxPreme社、スーシティ、アイオワ）から氷上で夜間に出荷されたブタ眼を清潔にし、３７℃に設定されたインキュベーター内でＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液又は非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液に２０分間浸漬した。角膜は、約１００μmの上皮を有していた。角膜上皮を、それぞれの浸漬後かつＵＶＡ光を用いての全角膜照射前に除去した。使用した処置プロトコールは、角膜を１００％濃度の酸素ガスに曝露させながら、３０mW/cm2の放射照度及び７．２J/cm2の照射量のパルスＵＶＡ光（１秒オン；１秒オフ）を適用した。２００μmの角膜フラップを、フェムト秒レーザーを使用して切断した。角膜における架橋の程度を、パパインを用いるコラーゲンの可溶化後に、蛍光定量分析（励起波３６５nm、発光波４５０nm）に基づいて評価した。
【００３９】
図１５は、この試験における処方物についての蛍光値を説明し、これは架橋活性の程度を示す。Ａ列は、ＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液を用いて処置された角膜の蛍光を表す。Ｂ列は、非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液を用いて処置された角膜の蛍光を表す。結果は、より低い濃度のリボフラビンが１００μmの上皮を通過し、そして、ＢＡＣ処方物が使用された場合には、クロスリンキングはリボフラビンにより制限されることを示す。一般的に、エピオンのクロスリンキングは、より高い架橋効率を達成するために角膜実質内に十分なリボフラビン濃度を必要とする。
【００４０】
試験３
試験において、ブタ眼を、図１６において示されたパラメーターにより処置した。対照を提供するために、ブタ眼を、０．１％リボフラビン溶液を用いてエピオフで２０分間浸漬し、次いで、周囲の空気に曝しながら、５．４J/cm2の照射量に対して３mW/cm2の放射照度を有する連続波ＵＶＡ光を用いて照射した。別の対照を提供するために、ブタ眼を、０．２２％リボフラビン溶液を用いてエピオフで２０分間浸漬し、次いで、周囲の空気に曝しながら、７．２J/cm2の照射量に対して３０mW/cm2の放射照度を有する連続波ＵＶＡ光を用いて照射した。更に、ブタ眼を、ＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてエピオンで２０分間浸漬し、次いで、周囲の空気に曝しながら、７．２J/cm2の照射量に対して３０mW/cm2の放射照度を有する連続波ＵＶＡ光を用いて照射した。ブタ眼を、非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてエピオンで２０分間浸漬し、次いで、周囲の空気に曝しながら、７．２J/cm2の照射量に対して３０mW/cm2の放射照度を有する連続波ＵＶＡ光を用いて照射した。ブタ眼を、ＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてエピオンで２０分間浸漬し、次いで、１００％酸素に曝しながら、７．２J/cm2の照射量に対して３０mW/cm2の放射照度を有するパルス化ＵＶＡ光を用いて照射した。ブタ眼を、非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてエピオンで２０分間浸漬し、次いで、１００％酸素に曝しながら、７．２J/cm2の照射量に対して３０mW/cm2の放射照度を有するパルス化ＵＶＡ光を用いて照射した。
【００４１】
角膜内の架橋の程度を、蛍光定量分析に基づいて評価した。図１７は、架橋活性の程度を示す、この試験における処方物についての蛍光値を示す。図１７におけるＡ〜Ｆ列は、図１６におけるＡ列〜Ｆ列それぞれに提供された実験パラメーターに対応する結果を表す。Ｃ列及びＤ列は、ＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液、又は非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてのクロスリンキングが、酸素により制限されたことを示す。Ｅ列及びＦ列は、ＢＡＣを含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてのクロスリンキングは、非イオン性薬剤を含む０．２２％リボフラビン溶液を用いてのクロスリンキングと比較した場合に、リボフラビンにより制限されることを示す。加えて、Ｅ列及びＦ列は、酸素が適用される場合には、飽和した上皮におけるリボフラビンによる吸収が重要な因子ではないことを示す。
【００４２】
前記を鑑みて、リボフラビンの拡散率及び初期のリボフラビンの角膜実質の濃度は、架橋活性の程度に影響を及ぼす。親水性−親油性特性は、臨床適用についての適切な量及び時間でリボフラビンが上皮に浸透し、角膜の親水性の実質へと拡散することを可能とする因子であることを、非イオン性薬剤を含む処方物からの結果は示す。
【００４３】
酸素は、効率的な経上皮（エピオン）クロスリンキングにおける因子である。試験の結果は、非イオン性薬剤と共に酸素を適用することは、標準的なエピオフのクロスリンキングと同じような架橋効率を提供することを示す。
【００４４】
上皮の厚さに因り（それは、拡散のフィックの法則に関連するので）及び光子により誘発される上皮内の酸素消費に因り、一般的に、角膜実質内ではほとんど酸素が利用可能ではない。したがって、この試験は、酸素の追加適用が、エピオンでの架橋効率を増強させることができることを示す。
【００４５】
更に、リボフラビンの飽和した上皮によるＵＶＡ光の吸収は、光子の効率を低下させ得る。しかしながら、この試験の結果は、酸素も適用させた場合、リボフラビンの飽和した上皮による吸収は主要な因子ではないことを示す。
【００４６】
上記のように、幾つかのリボフラビン処方物は、角膜上皮の透過性を増強するために具体的な濃度のポリドカノールを含む。有利には、ポリドカノールの濃度は、上皮に損傷を引き起こさない。このようなリボフラビン溶液は、Ｆｅ（ＩＩ）などの添加剤も含み得る。
【００４７】
ポリドカノール及び場合による添加剤は、上皮を通過するリボフラビンの送達を増強し、かつ、所望の量の架橋活性を成し遂げるために、上記のような他のクロスリンキング技術と組み合わせて使用され得る。例えば、ポリドカノール及び場合による添加剤を含むリボフラビン処方物を酸素と共に適用することができる。更に、リボフラビン溶液は、光活性化された照光（パルス化された照光、異なるパターンの照光など）を送達するための様々なアプローチを用いて使用され得る。
【００４８】
試験４
リボフラビンを含有している新規な経上皮の処方物を同定するために、塩化ベンザルコニウム（ＢＡＣ）を含むリボフラビン処方物に対して、より毒性が低く、かつ、より効率的な代替物としてのポリドカノールを含むリボフラビン処方物を試験するために、試験が実施された。
【００４９】
食肉処理場（SiouxPreme社、スーシティ、アイオワ）から氷上で夜間に出荷されたブタ眼を生理食塩水中で濯いだ。インタクトな上皮を有する眼を、ゴム輪を使用して上面に溶液を保持することによって、３７℃に設定されたインキュベーター内で、以下の試験溶液のうちの１つを用いて２０分間浸漬させた。
【００５０】
Ａ群のブタ眼について、以下のリボフラビン処方物を使用した：
（ａ１）ＢＡＣを含有している０．２５％リボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標）、アヴェドロ社、ウォルサム、ＭＡ）；
（ａ２）溶液（ａ１）中のリボフラビン含量（０．２５％）に合うようにリボフラビンの添加された生理食塩水を含有している０．１％ｗ／ｖリボフラビン溶液（ＰＨＯＴＲＥＸＡ ＺＤ（商標）、アヴェドロ社、ウォルサム、ＭＡ）；
（ａ３）１％ポリドカノールを含む溶液（ａ２）；
（ａ４）５％ポリドカノールを含む溶液（ａ２）；及び
（ａ５）１０％ポリドカノールを含む溶液（ａ２）。
【００５１】
Ａ群における眼の上皮は、眼を溶液のうちの１つに浸漬させた後に鈍刀を用いて除去され、そして、３０mW/cm2の選択された放射照度（角膜表面においてパワーセンサ（モデルＰＤ−３００−ＵＶ；オフィール社、エルサレム、イスラエル）を用いて測定された）で、３６５nmの光源（ＵＶ ＬＥＤ ＮＣＳＵ０３３Ｂ［Ｔ］；日亜化学工業、徳島、日本）を有するトップハットビーム（３％の二乗平均平方根）を用いて空気上で全角膜を４分間照射した。角膜フラップ（約２００μmの厚さ）を、イントラレースフェムト秒レーザー（アボットメディカルオプティクス、サンタアナ、ＣＡ）を用いて眼から切り取った。角膜フラップの平均厚は、超音波測厚計（ＤＧＨテクノロジー、エクストン、ＰＡ）を用いて眼からの切除の前及び後の実測値の間の差として計算された。蒸留水を用いてフラップを洗浄し、そして、重量変化が１０％未満となるまで減圧において乾燥させた（ロータリーベーン真空ポンプＲＶ３Ａ６５２−０１−９０３、ＢＯＣエドワーズ、ウェストサセックス、イギリス）。各フラップを、１mlのパパイン緩衝液［ＢＢＢＳ（ｐＨ７．０〜７．２）、２mMのＬ−システイン、及び２mMのＥＤＴＡ］中の２．５単位/mlのパパイン（パパイヤラテックスから、シグマ）を用いて６５℃で２．５時間消化した。パパイン消化物を１×ＢＢＢＳで０．５倍に希釈し、溶液の蛍光を、ＱＭ−４０蛍光光度計（フォトン・テクノロジー・インターナショナル、ロンドン、オンタリオ、カナダ）における３６０nmの励起を用いて測定した。パパイン緩衝液の蛍光は、組織の非存在における蛍光を測定し、試料の蛍光からこの値を差し引くことによって考慮された。
【００５２】
Ｂ群についてのブタ眼について、以下のリボフラビン溶液を使用した：
（ｂ１）ＢＡＣを含有している０．２５％のリボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標））；
（ｂ２）１％ポリドカノールと共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標）、アヴェドロ社、ウォルサム、ＭＡ）；
（ｂ３）５％ポリドカノールと共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；及び
（ｂ４）生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））。
【００５３】
Ｂ群における眼の上皮を、溶液のうちの１つに浸漬させた後に除去せず、表面を、照射前に生理食塩水緩衝液を用いて短く濯いだ。照射後に上皮を取り除いた。照射及びその後の眼の処置のために使用される条件はＡ群と同じであった。
【００５４】
Ｃ群のブタ眼については、以下のリボフラビン溶液を使用した：
（ｃ１）ＢＡＣを含有している０．２５％リボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標）
；
（ｃ２）１％ポリドカノールと共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；及び
（ｃ３）３％ポリドカノールと共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））。
【００５５】
Ｃ群における眼の上皮を、溶液のうちの１つに浸漬させた後に除去せず、表面を照射前に生理食塩水緩衝液を用いて短く濯いだ。眼を、照射前に、酸素気流と共にビーカーに２分間入れた（インキュベーションチャンバー内）。角膜を、１秒オン：１秒オフのパルス、３０mW/cm2の放射照度で、総時間８分間、全角膜に照射した（７．２Ｊ）。眼を、全処置期間にわたり酸素に曝露させた。上皮を、照射後に鈍刀を用いて角膜から取り除いた。角膜フラップ（約２００μmの厚さ）を、イントラレースフェムト秒レーザーを用いて眼から切り出し、以下のフラップの処置はＡ群及びＢ群についてと同じであった。
【００５６】
Ｄ群及びＥ群のブタ眼については、以下のリボフラビン溶液を使用した：
（ｄ１）ＢＡＣを含有している０．２５％リボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標）
；
（ｄ２）１％ポリドカノールと共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；
（ｄ３）１％ポリドカノール及び２．５mMのＦｅ（ＩＩ）と共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；
（ｄ４）３％ポリドカノールと共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；及び
（ｄ５）３％ポリドカノール及び２．５mMのＦｅ（ＩＩ）と共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））。
【００５７】
Ｄ群については、実験手順（照射、酸素曝露、及びフラップの切除を含む）はＣ群についてと同じであった。
【００５８】
Ｅ群における眼の上皮は、溶液のうちの１つに２０分間浸漬させた後に除去した。次いで、眼を、照射前に、酸素気流と共にビーカーに２分間入れた（インキュベーターチャンバー内）。角膜を、１秒オン：１秒オフのパルス、３０mW/cm2の放射照度で、総時間８分間、全角膜に照射した（７．２Ｊ）。眼を、全処置期間にわたり酸素に曝露させた。角膜フラップ（約２００μmの厚さ）を、イントラレースフェムト秒レーザーを用いて眼から切り出し、以下のフラップの処置はＡ群及びＢ群についてと同じであった。
【００５９】
図１８〜２６は、様々なリボフラビン溶液によってＡ〜Ｅ群において誘発された架橋活性を説明する。架橋活性は、未処置対照についての蛍光（Ｆｏ）に対する、処置された試料についての蛍光（Ｆ）の比として測定され、４５０nmの波長で発光が記録された。このような架橋活性の測定は、例えば、２０１２年６月４日に出願され「Systems and Methods for Monitoring Time Based Photo Active Agent Delivery or Photo Active Marker Presence」という表題の米国特許第９０２０５８０号明細書に記載され、その内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【００６０】
図１８及び１９は、インタクトな上皮を有するブタ眼に局所的に適用された、生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））中の様々な界面活性剤を用いて２０分間処置され、その後、上皮を次いで除去し、眼を３０mW/cm2で４分間照射した、架橋された角膜フラップについての相対蛍光を説明する。これらの結果は、同じ手順の条件下で、ＢＡＣを含有している０．２５％リボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標））を用いて処置された角膜フラップと比較して提示される。
【００６１】
図２０は、生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））中の様々な界面活性剤の１％溶液を使用した後の、架橋された角膜フラップについての相対蛍光を説明する。これらの結果は、同じ手順の条件において、ＢＡＣを含有している０．２５％リボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標））のみを用いて処置された角膜フラップからの蛍光と比較して提示される。図３〜５はまた、界面活性剤についてのＨＬＢ値（例えば、ポリドカノールのＨＬＢ値は、１３．６を有する）も示す。
【００６２】
Ａ群については、図２１は、ＢＡＣを含む溶液（ａ１）と比較して、ＢＡＣを含まない溶液（ａ２）を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対蛍光を説明する。一方、図２２は、異なる濃度のポリドカノールを含む溶液（ａ３）、（ａ４）及び（ａ５）を用いて処置された、架橋された角膜フラップの相対的蛍光を説明する。これらの結果は、ＢＡＣを含む溶液（ａ１）を用いて処置された角膜フラップ、及びポリドカノール又はＢＡＣを含まない溶液（ａ２）を用いて処置された上皮を有さない角膜フラップと比較して提示される。
【００６３】
Ｂ群については、図２３は、１％及び５％の濃度のポリドカノールをそれぞれ含む溶液（ｂ２）及び（ｂ３）を用いて処置された、架橋された角膜フラップについての相対蛍光を説明する。これらの結果は、ＢＡＣを含む溶液（ｂ１）を用いて処置された角膜フラップ、及びポリドカノール又はＢＡＣを含まない溶液（ｂ４）を用いて処置された角膜フラップと比較して提示される。
【００６４】
Ｃ群については、図２４は、１％及び３％の濃度のポリドカノールをそれぞれ含む溶液（ｃ２）及び（ｃ３）を用いて処置された、架橋された角膜フラップの相対蛍光を説明する。これらの結果は、ＢＡＣを含む溶液（ｃ１）を用いて処置された角膜フラップと比較して提示される。
【００６５】
Ｄ群についての図２５及びＥ群についての図１１は、１％及び３％の濃度のポリドカノールをそれぞれ含む溶液（ｄ２）及び（ｄ４）を用いて、並びに、２．５mMの鉄（ＩＩ）並びに１％及び３％の濃度のポリドカノールをそれぞれ含む溶液（ｄ３）及び（ｄ５）を用いて処置された、架橋されたフラップの相対蛍光を説明する。これらの結果は、ＢＡＣを含む溶液（ｄ１）を用いて処置された角膜フラップと比較して提示される。上記のように、Ｄ群における上皮は、溶液中に浸漬させた後に除去されず、一方、Ｅ群における上皮は、溶液中に浸漬させた後に除去された。
【００６６】
試験の結果が示すように、本発明者らは、透過性を増強し、かつ、架橋活性を発生させることについて、多くの他の界面活性剤よりもより効果的である非イオン性界面活性剤としてポリドカノールを同定した。リボフラビン溶液中におけるＢＡＣの使用は、リボフラビンが上皮を通過するのを助け得るが、ポリドカノールは、上皮への透過性を増強し、かつ、架橋活性を発生させることにおいて、ＢＡＣよりもはるかに効果的かつ効率的である。有利には、非イオン性薬剤（例えば、ポリドカノール）は、ＢＡＣよりも上皮に対して腐食性が低く、かつ、損傷性が低い。
【００６７】
試験５
上記のように、幾つかの透過性増強剤を組み合わせて、上皮に対してより最適な透過性を達成する具体的なＨＬＢに到達し得る。試験を実施して、様々なＨＬＢ値を有する界面活性剤の組み合わせを試験した。
【００６８】
インタクトな上皮を、以下の溶液のうちの１つを使用して２０分間浸漬した：
（ｅ１）ＢＡＣを含有している０．２５％リボフラビン溶液（ＰＡＲＡＣＥＬ（商標））
；
（ｅ２）１％のＩＧＥＰＡＬ ＣＯ−６３０と共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；
（ｅ３）１％のＩＧＥＰＡＬ ＣＯ−７２０と共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））；
（ｅ４）ＩＧＥＰＡＬ ＣＯ−６３０とＩＧＥＰＡＬ ＣＯ−７２０の１％混合物（１：１比）と共に生理食塩水を含有している０．２２％リボフラビン溶液（ＶＩＢＥＸ ＸＴＲＡ（商標））。
【００６９】
眼の上皮を除去し、眼に、空気上、３０mW/cm2で４分間連続照射した。２００μmの厚さを有する角膜フラップを切り出し、既に上記されているようにパパイン消化及び蛍光分析を実施した。
【００７０】
図２７は、２つの異なる界面活性剤のうちの１つ、又は２つの界面活性剤の組み合わせを用いて処置された、架橋されたフラップの相対蛍光を説明する。架橋活性は、溶液（ｅ１）を用いて処置された試料（Ｆｐａｒａｃｅｌ）についての蛍光に対する、それぞれの処置された試料（Ｆ）の蛍光の比として測定され、４５０nmの波長における発光が記録された。
【００７１】
界面活性剤であるＩＧＥＰＡＬ ＣＯ−６３０のＨＬＢ値は１３を有し、界面活性剤であるＩＧＥＰＡＬ ＣＯ−７２０のＨＬＢ値は１４を有し、１：１混合物のＨＬＢ値は１３．５を有する。図１２が示すように、界面活性剤の混合物は、個々に使用された界面活性剤よりも、角膜上皮を通るリボフラビンの透過をより効果的に促進する。
【００７２】
本明細書中に記載の実施例は、クロスリンキング処置のための、リボフラビン及び角膜の透過性増強剤としてのポリドカノールの使用に関連し得るが、他の光増感剤及び／又は他の透過性増強剤（例えば、適切なＨＬＢ値を有する非イオン性界面活性剤）も使用され得ることが理解される。更に、抗菌的な光線力学療法などの他の種類の処置も考えられ、ここでは、上皮を通る光増感剤の増強された又は制御された送達が有利であり得る。真菌などの幾つかの微生物は休止期を有し、一方、アカントアメーバなどの他の微生物は、嚢胞性の細胞膜バリアを生成し得る。有利には、透過性を増強する添加剤は、微生物／病原体による光増感剤の浸透及び取り込みを増加させ得、かつ、光増感剤の抗菌効果を増強させ得る。例えば、非イオン性透過性増強剤を使用した光増感剤の処方物は、嚢胞、潰瘍などを透過するのに、及び微生物／病原体を処置するのに対して特に効果的であり得る。抗菌的な光線力学療法の他の態様は、２０１６年４月２５日に出願され「Systems and Methods for Photoactivating a Photosensitizer Applied to an Eye」という表題の米国特許出願第１５／１３７７４８号明細書に記載され、その内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【００７３】
リボフラビンが放射エネルギー（特に、光）を吸収する場合、それは光活性化を受ける。リボフラビンの光活性化については、Ｉ型及びＩＩ型という２つの光化学的でキネティックな経路が存在する。Ｉ型及びＩＩ型の機構の両方に関与している反応の幾つかは、以下のとおりである：
【００７４】
【化１】
2018526341.tif 000002
【化２】
2018526341.tif 000003
【化３】
2018526341.tif 000004
【００７５】
本明細書中に記載の反応において、Ｒｆは、基底状態におけるリボフラビンを表す。Ｒｆ＊１は、励起一重項状態におけるリボフラビンを表す。Ｒｆ＊３は、三重項励起状態におけるリボフラビンを表す。Ｒｆ・−は、還元型のラジカルアニオン形態のリボフラビンである。ＲｆＨ・は、ラジカル形態のリボフラビンである。ＲｆＨ２は、還元形態のリボフラビンである。ＤＨは、基質である。ＤＨ・＋は、中間ラジカルカチオンである。Ｄ・は、ラジカルである。Ｄｏｘは、酸化形態の基質である。
【００７６】
リボフラビンは、反応（ｒ１）〜（ｒ３）に示されるようにその三重項励起状態のＲｆ＊３へと励起する。三重項励起状態Ｒｆ＊３から、リボフラビンは、一般的に、Ｉ型又はＩＩ型機構により更に反応する。Ｉ型機構では、基質は励起状態のリボフラビンと反応し、水素原子又は電子移動によって、それぞれラジカル又はラジカルイオンを生じる。ＩＩ型機構では、励起状態のリボフラビンは酸素と反応して、一重項酸素分子を形成する。次いで、一重項酸素分子は組織に対して作用して、追加の架橋結合を生じる。
【００７７】
角膜内の酸素濃度はＵＶＡ照射及び温度によって調節され、ＵＶＡの露光の開始時に迅速に減少する。具体的なデューティサイクル、周波数及び放射照度のパルス光を使用して、Ｉ型及びＩＩ型の光化学的でキネティックな機構の両方からの入力を使用して、より高い量の光化学的効率を達成することができる。更に、パルス光の使用は、リボフラビンの関与する反応速度を調節することを可能とする。反応速度は、パラメーター（例えば、放射照度、照射量、オン／オフデューティサイクル、リボフラビン濃度、浸漬時間、及びその他）のうちの１つを調節することによって、必要に応じて、増加又は減少させ得る。更に、反応速度及び架橋速度に影響を及ぼす追加の成分を角膜に加えてもよい。
【００７８】
酸素枯渇後直ちにＵＶＡ照射を停止した場合、酸素濃度は増加し（補充され）始める。酸素は、ラジカル種と相互作用して連鎖を停止させる過酸化物分子を形成することによって、フリーラジカル光重合反応を阻害することができるため、過剰な酸素は、角膜クロスリンキングプロセスにおいて有害であり得る。パルス速度、放射照度、照射量、及び他のパラメーターは、より最適な酸素の再生成速度を達成するために調整され得る。酸素の再生成速度の計算及び調整は、所望の量の角膜の剛度を達成するために反応パラメーターを調整する別の例である。
【００７９】
酸素の拡散が反応のキネティックに追い付くことのできる非常に薄い角膜層を除いて、酸素含量は、様々な化学反応によって角膜全体において枯渇し得る。この拡散制御されるゾーンは、酸素を取り込む基質の反応能力が減少するにつれて、角膜のより深部へと次第に移動する。
【００８０】
放射照度が上昇するにつれて、リボフラビンは、大きな程度で、可逆的若しくは不可逆的に還元（失活）及び／又は光分解する。Ｉ型反応において還元型リボフラビンを基底状態のリボフラビンへと戻すことを可能にすることによって、光子最適化を達成することができる。Ｉ型反応における還元型リボフラビンから基底状態へと戻る速度は、多くの因子によって決定される。これらの因子は、限定されるものではないが、パルス光処置のオン／オフデューティサイクル、パルス繰り返し周波数、放射照度及び照射量を含む。更に、リボフラビン濃度、浸漬時間、及び他の薬剤（酸化剤を含む）の添加は、酸素取り込み速度に影響を及ぼす。デューティサイクル、パルス繰り返し周波数、放射照度及び照射量を含む、これら及びその他のパラメーターを選択することによって、より最適な光子効率を達成することができ、かつ、リボフラビンの光増感についてのＩ型並びにＩＩ型の光化学的なキネティック機構の両方を効率的に使用することができる。更に、これらのパラメーターを、より最適な化学的増幅効果が達成されるようなそのような方法で選択することができる。
【００８１】
しかしながら、上の光化学的でキネティックな反応（ｒ１）〜（ｒ８）に加えて、本発明の発明者は、リボフラビン光活性化の間に同様に発生する以下の光化学的でキネティックな反応（ｒ９）〜（ｒ２６）を同定した：
【化４】
2018526341.tif 000005
【化５】
2018526341.tif 000006
【化６】
2018526341.tif 000007
【００８２】
図２Ａは、上の反応（ｒ１）〜（ｒ２６）において提供される光化学的でキネティックな反応についての略図を説明する。略図は、ＵＶＡ光活性化光下のリボフラビン（Ｒｆ）の光化学的変換、及び電子の移動を介した様々な供与体（ＤＨ）とその相互作用をまとめる。示されるように、架橋活性は、（Ａ）反応（ｒ６）〜（ｒ８）において一重項酸素の存在を通して（ＩＩ型機構）；（Ｂ）反応（ｒ４）及び（ｒ１７）において酸素を使用せずに（Ｉ型機構）；並びに、（Ｃ）反応（ｒ１３）〜（ｒ１７）において過酸化物（Ｈ２Ｏ２）、超酸化物（Ｏ２−）及びヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）の存在を通して、発生する。
【００８３】
図２Ａに示されるように、本発明の発明者はまた、架橋活性が過酸化物、超酸化物、及びヒドロキシルラジカルを伴う反応からより高い程度で発生するということを見つけ出した。架橋活性は、一重項酸素を伴う反応から及び非酸素性の反応から、より低い程度で発生する。反応（ｒ１）〜（ｒ２６）に基づく幾つかのモデルは、それぞれの反応によって発生する架橋活性のレベルを説明し得る。例えば、一重項酸素が架橋活性を発生させる際により小さな役割を果たす場合には、モデルは、一重項酸素から生じる架橋活性を定数として扱うことによって単純化され得る。
【００８４】
全ての反応は、反応（ｒ１）〜（ｒ３）において提供されるようなＲｆ３＊から出発する。Ｒｆ３＊のクエンチングは、反応（ｒ１０）における基底状態Ｒｆとの化学反応を通して、かつ、反応（ｒ９）における水との相互作用による不活化を通して発生する。
【００８５】
上記されるように、過剰な酸素は、角膜クロスリンキングプロセスにおいて有害であり得る。図２Ａに示されるように、システムが光子により制限されるようになり、かつ、酸素豊富となる場合、架橋は、超酸化物、過酸化物、及びヒドロキシルラジカルを伴う更なる反応から破壊され得る。実際、幾つかの場合には、過剰な酸素は、架橋の発生に対して架橋の正味の破壊をもたらし得る。
【００８６】
上記されるように、多種多様な因子が、架橋反応の速度、及びクロスリンキングにより達成される生体力学的剛度の量に影響を及ぼす。一方の因子を変化させることが、もう一方の因子に想定外の影響を有し得るように、多数のこれらの因子は互いに関連する。しかしながら、クロスリンキング処置のための異なる因子間の関係を理解するためのより包括なモデルが、上で同定された光化学的でキネティックな反応（ｒ１）〜（ｒ２６）によって提供される。したがって、システム及び方法は、この光化学的でキネティックなクロスリンキングモデルによるクロスリンキング処置のための様々なパラメーターを調整することができ、これは、酸素動態及び架橋活性の統一的説明を提供する。モデルは、処置パラメーターの様々な組み合わせに基づいて想定される成果を評価するために、かつ、所望の結果を提供する処置パラメーターの組み合わせを同定するために利用され得る。パラメーターは、限定されるものではないが：例えば、適用される架橋剤の濃度（単数若しくは複数）及び／若しくは浸漬時間；光活性化光の照射量（単数若しくは複数）、波長（単数若しくは複数）、放射照度（単数若しくは複数）、期間（単数若しくは複数）、及び／若しくはオン／オフデューティサイクル（単数若しくは複数）；組織における酸素化条件；並びに／又は追加的な薬剤及び溶液の存在を含み得る。
【００８７】
反応（ｒ１）〜（ｒ１９）に基づくモデルが、架橋活性を評価する少なくとも６つの異なる方法によって検証された。
・伸縮測定実験
・酸素枯渇実験
・非線形光学顕微鏡の蛍光実験
・パパイン消化方法に基づく蛍光データの実験
・ブリルアン顕微鏡実験
・角膜実質境界線の相関実験
【００８８】
伸縮測定実験のために、角膜を、リボフラビンを用いて２０分間浸漬し、周囲空気中、３mW/cm2の放射照度で７．５分間（１．３５J/cm2の照射量）、１５分間（２．７０J/cm2の照射量）、３０分間（５．４J/cm2の照射量）、４５分間（８．１０J/cm2の照射量）、１２０分間（２１．６J/cm2の照射量）、及び１５０分間（２７．０J/cm2の照射量）ＵＶＡ光活性化光に曝した。２００μmの角膜フラップについて伸縮測定の実測値を測定した。図３１は、各々のクロスリンキング処置についてのモデルによって計算された架橋プロファイルのグラフ（角膜の深さの関数としての架橋濃度）を説明する。図３２は、伸縮測定の実測値とモデルによって計算された値（２００μmについての曲線下面積）との間の相関を説明する。一般的に、伸縮測定実験において決定された生体力学とモデルによって計算された値との間には良好な相関がある。また、図３１から、特定の処置パラメーター（例えば、より長い照射時間）が使用される場合、架橋を飽和させることができることが分かる。
【００８９】
酸素枯渇実験については、Ｏ２濃度が、リボフラビンで処置された角膜についての約１００μm〜約２００μmの深さで測定及び計算された。図３Ａは、３mW/cm2の放射照度で連続波ＵＶＡ光活性化光に曝露された角膜に対する、モデルに基づく理論値と実験データとの間の相関を示すデータのグラフを説明する。図３Ｂ〜Ｃは、３mW/cm2の放射照度で長時間のパルス及び短時間のパルスにそれぞれ曝露された角膜に対する、モデル値と実験データとの間の相関を示すデータのグラフを説明する。
【００９０】
非線形光学顕微鏡の蛍光実験については、角膜の深さに基づく架橋プロファイルが、リボフラビンで処置されて３mW/cm2の放射照度でＵＶＡ光活性化光に曝露された角膜に対して決定された。図４は、１５分間及び３０分間曝露された角膜に対する、モデルと実験データとの間の相関を示すデータのグラフを説明する。第三者の実験データは、Dongyul Chai et al., “Quantitative Assessment of UVA-riboflavin Corneal Cross-Linking Using Nonlinear Optical Microscopy.” Investigative Ophthalmology & Visual Science. June 2011, Vol. 52, No. 7, pp. 4231-4238に掲載され、その内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。
【００９１】
パパイン消化方法に基づく蛍光データの実験については、架橋濃度が、蛍光強度に基づいて評価された。図５Ａは、リボフラビン濃度（０．１％、０．２５％、及び０．５％、）、並びに、５．４J/cm2の照射量のＵＶＡ光活性化光（３分間及び３０分間、３mW/cm2及び３０mW/cm2の放射照度）の組み合わせに曝露された角膜フラップ（０〜約１００μmの深さから採取された）に対する、モデル値と実験データとの相関を示すデータのグラフを説明する。同様に、図５Ｂは、リボフラビン濃度（０．１％、０．２５％、及び０．５％）、並びに、５．４J/cm2の照射量のＵＶＡ光活性化光（３分間及び３０分間、３mW/cm2及び３０mW/cm2の放射照度）の組み合わせに曝露された角膜フラップ（約１００μm〜約２００μmの深さから採取された）に対する、モデル値と実験データの相関を示すデータのグラフを説明する。図５Ｃは、ある濃度のリボフラビンで処置され、かつ、十分な酸素濃度、並びに、３mW/cm2、１０mW/cm2、１５mW/cm2、３０mW/cm2、４５mW/cm2、６０mW/cm2及び１００mW/cm2の放射照度で、５．４J/cm2及び７．２J/cm2の照射量の連続波ＵＶＡ光活性化光に曝露された角膜フラップに対する、モデル値と実験データとの相関を示すデータのグラフを説明する。
【００９２】
図５Ｄは、０．１％のリボフラビンの濃度で処置され、かつ、空気又は十分な酸素濃度、並びに、３mW/cm2、１０mW/cm2、１５mW/cm2、３０mW/cm2、４５mW/cm2、６０mW/cm2及び１００mW/cm2の放射照度で５．４J/cm2の照射量の連続波ＵＶＡ光活性化光に曝露された角膜フラップ（約０μm〜約２００μmの深さから採取された）に対する、モデル値と実験データとの相関を示すデータのグラフを説明する。１００％酸素下、３mW/cm2の放射照度での値は、酸素によるＲｆ３＊をクエンチングする効果を示す。
【００９３】
ブリルアン顕微鏡実験は、Scarcelli G et al., Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. (2013), 54: 1418-1425に記載され、その内容は、全体が参照により本明細書中に援用される。該実験で、様々なクロスリンキング処置後の角膜の力学的特性を定量するブリルアン係数値を測定した。図２８Ａは、実験的に、様々な時間をかけてリボフラビン中に浸漬させ、かつ、様々な時間をかけてＵＶ光を照射した、角膜の前部、中央部及び後部の切片において測定されたブリルアン係数値を示す。図２８Ｂは、実験的に測定された値と、様々な処置についてのモデルを用いて計算された値との間の相関を説明する。図２８Ｂにおける処置Ａは、３０分間の浸漬時間及び５分間の照射に対応する。処置Ｂは、３０分間の浸漬時間及び１５分間の照射に対応する。処置Ｃは、３０分間の浸漬時間及び３０分間の照射に対応する。処置Ｄは、３０分間の浸漬時間及び５分間の照射に対応する。処置Ｅは、５分間の浸漬時間及び３０分間の照射に対応する。処置Ｅは、３０分間の浸漬時間及び３０分間の照射に対応する。
【００９４】
角膜実質境界の相関実験のために、角膜実質境界線が、処置された角膜に対して評価された。これらの実験についての方法は、細隙灯検査（スリット投射及びシャインプルーフカメラ）を含む。Theo Seiler and Farhad Hafezi, “Corneal Cross-Linking-Induced Stromal Demarcation Line,” Cornea, Oct. 2006; 25:1057-59（これらの内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される）を参照されたい。別の方法は、角膜の光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を含む。Luigi Fontana, Antonello Moramarco, “Esperienze personali con CXL accelerato,” UOC Oculistica ASMN-IRCCS Reggio Emilia. Roma, 20 settembre 2014（これらの内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される）を参照されたい。更なる方法は、共焦点顕微鏡を含む。C. Mazzotta et al., “Treatment of Progressive Keratoconus by of Corneal Collagen In Vivo Confocal Microscopy in Humans,” Cornea, vol. 26, no. 4, May 2007（これらの内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される）を参照されたい。
【００９５】
角膜実質の治癒には新たなコラーゲンの沈着を伴い、これは、混濁及び散乱を生じる。細隙灯検査及びＯＣＴは、この反射性亢進及びおそらく空間秩序の因子（spatial order factor）における有意な変化（複屈折における変化、即ち、率の変化（index variation））を検出することができる。角膜実質境界線は、治癒応答が起こる閾値を示す。この結論は、共焦点顕微鏡によって実証される。境界線はまた、架橋された前部角膜実質と未処置の後部角膜実質との間の移行ゾーンとしても見ることができる。
【００９６】
上記される６つの評価は、実験データと上で同定された光化学的でキネティックな反応に基づいたモデルによって生じる計算値との間に強い相関を示す。モデルは、パラメーターの様々な組み合わせにより適用されるリボフラビンクロスリンキング処置の結果を予測する際に極めて有効かつ正確である。したがって、このようなモデルを使用して、システム及び方法は、角膜の全体にわたって、架橋活性の所望のプロファイルをより効率的かつ予測可能に達成することができる。モデルは、システム及び方法がクロスリンキング処置に対するパラメーターのより最適な組み合わせを同定することを可能にする。したがって、モデルは、上記されるようなクロスリンキング処置システムの様々な態様のための設定を決定するために使用され得る。
【００９７】
図２Ｂに示されるように、反応のシステムの態様は、様々なパラメーターにより影響を及ぼされ得る。例えば、光活性化光をシステムに送達させる放射照度は、システムにおいて、続く反応のためのＲｆ３＊を生成するのに利用可能な光子に影響を及ぼす。更に、より多くの酸素をシステムに送達することは、酸素に基づく反応を引き起こす。一方、光活性化光をパルス化することは、酸素拡散のための追加的な時間を許容することによって、還元型リボフラビンが基底状態のリボフラビンに戻るための能力に影響を及ぼす。当然、他のパラメーターも、反応のシステムを制御するために変更され得る。
【００９８】
光化学的でキネティックな反応（ｒ１）〜（ｒ２６）に基づくモデルは、図７Ａ〜Ｃに示されるような様々なプロトコールを使用した処置のための架橋プロファイルを生成することができる。特に、各々のプロトコールは、光活性化ＵＶＡ光の照射量、ＵＶＡ光活性化光についての放射照度、処置時間、及び角膜表面に送達される酸素の濃度を決定する。角膜は、０．１％の濃度のリボフラビンを含む処方物で処置されている。図７Ａは、異なる放射照度及び異なる処置時間によって通常（周囲）酸素下で７．２J/cm2の照射量のＵＶＡ光を送達する処置についての架橋プロファイルを説明する。図７Ｂは、通常又は１００％の酸素濃度下で、異なる放射照度の連続の又は変調の（パルス化）ＵＶＡ光、及び異なる処置時間を利用する処置についての架橋プロファイルを説明する。図７Ｃは、角膜表面での異なる酸素条件（通常、１００％、又は０．０１ｘ）で３０分間、３mWの放射照度のＵＶＡ光を送達する処置についての架橋プロファイルを説明する。
【００９９】
図７Ａ〜Ｃの架橋プロファイルは、角膜の深さの関数としての架橋濃度を提供する。一般に、各々の架橋プロファイルによって示されるような角膜における架橋の三次元分布は、異なる処置パラメーターの組み合わせに左右される。異なるセットの処置パラメーターを利用するプロトコールは、モデルへの入力として提供され得、モデルは、得られる角膜における架橋の三次元分布を出力することができる。したがって、モデルは、角膜における架橋の所望の分布を達成するように処置パラメーターを選択するために使用され得る。
【０１００】
図６Ａは、図６Ｂに記載のプロトコールについての角膜実質境界線の深さに対する、モデル値と実験データとの相関を示すデータのグラフを説明する。
【０１０１】
上記されるように、角膜実質境界線は、架橋された前部角膜実質と未処置の後部角膜実質との間の移行ゾーンを示す。図８Ａ〜Ｃに同様に示されるように、モデルによって生じる架橋プロファイルは、境界線が約５mol/m3の架橋濃度で現れ得る深さを決定するために評価され得る。ここで、境界線は、角膜組織上の架橋分布、並びに反応性酸素種の作用に応じて治癒反応が発生する閾値として理解され得る。角膜は、０．１％の濃度のリボフラビンを含む処方物で処置されている。図８Ａは、３mW/cm2の放射照度及び３０分の処置時間によって通常酸素下で５．４J/cm2の照射量の光活性化ＵＶＡ光を送達する処置についての架橋プロファイルを説明する。図８Ａは、得られた架橋プロファイルにおいて約５mol/m3の架橋濃度（境界線）が約２９０μmの深さで発生することを示す。図８Ｂは、通常酸素下、異なる放射照度及び異なる処置時間によって、異なる照射量の光活性化ＵＶＡ光を送達する処置についての架橋プロファイルを説明する。図８Ｃは、通常又は１００％酸素濃度下、異なる放射照度及び異なる処置時間によって、異なる照射量の光活性化ＵＶＡ光を送達する処置についての架橋プロファイルを説明する。
【０１０２】
図８Ｂ〜Ｃは、異なるセットの処置パラメーターによって生じる異なる架橋プロファイルで境界線についての深さが変化することを示す。異なる架橋プロファイルによって示される境界線の深さは、処置パラメーターを選択するために利用され得る。例えば、処置パラメーターは、望ましくない損傷が内皮に生じ得る深さで架橋が発生しないことを確実にするように選択され得る。この分析は、処置システムが異なる角膜の厚さ（特に、薄い角膜）に適応することを可能にする。
【０１０３】
同様に、図９Ａ〜Ｂは、ＵＶＡ光活性化光の照射量の関数としての境界の深さ（約５mol/m3の架橋濃度）のグラフを説明する。境界の深さの決定は、異なるプロトコールを使用した処置についてのモデルによって生じる架橋プロファイルに基づく。角膜は、０．１％の濃度のリボフラビンを含む処方物で処置されている。図９Ａは、通常酸素下、異なる放射照度による連続の又はパルス化ＵＶＡ光活性化光を送達する処置に対するグラフを説明する。図９Ｂは、より高い濃度の酸素下、異なる放射照度による連続の又はパルス化ＵＶＡ光活性化光を送達する処置についてのグラフを説明する。
【０１０４】
図１０は、モデルによって生じるような異なるプロトコールを利用した処置についての架橋プロファイルを説明する。図１０はまた、１０mol/m3の架橋濃度での生体力学的剛度の閾値に対応する境界線を示す。境界線は、プロトコールの異なる処置パラメーターに基づいて種々の深さ（生体力学的剛度の深さ）で架橋プロファイルと交差する。図１１は、図１０について利用されたプロトコールにより実験的に処置された角膜についての基準値と比較した、３、６及び１２ヵ月目の最大角膜曲率（Ｋｍａｘ）の実測値（ジオプター）を説明する。
【０１０５】
図１２Ａ〜Ｂは、図１１の実験データとモデルによって図１０について生じた架橋プロファイルとの間の相関を説明する。図１０においてプロトコールごとに決定された生体力学的剛度の深さに対して、図１２Ａは、それぞれのプロトコールに対応する６及び１２ヵ月目についてのＫｍａｘの実験的な変化をプロットする。図１２Ａはまた、各々６及び１２ヵ月目についてプロットされたデータの、二次式のフィッティングを示す。二次式のフィッティングは、薄肉シェル理論によりディスク上に配置（ｚ軸に沿って）された力から生じる剪断力（ｘ−ｙ面における）の二次式の性質と一致する。
【０１０６】
同時に、図１２Ｂは、図１０におけるプロトコールごとの架橋プロファイルについての境界線より上の領域に対して、それぞれのプロトコールに対応する６及び１２ヵ月目についてのＫｍａｘの実験的な変化をプロットする。図１２Ｂはまた、各々６及び１２ヵ月目についてプロットされたデータの、直線のフィッティングを示す。
【０１０７】
図１２Ａにおける２つの曲線に対する二次式のフィッティングは、実質的に類似する。同様に、図１２Ｂにおける２つの曲線に対する直線のフィッティングは、実質的に類似する。図１２Ａ〜Ｂにおいて示される相関は、所与のセットの処置パラメーターに対して予測可能な経時的な生体力学的／治癒的反応があることを示す。実験データのポイントの検証、モデル、並びに薄肉シェル分析を考慮して、近視矯正に対応するディスクの半径及び深さにより、屈折の変化を予測可能に決定することができる。一般に、架橋分布は、屈折の変化に影響を及ぼす。架橋分布を正確に決定することによって、モデルは、この屈折の変化を決定するために利用され得る。
【０１０８】
図２９は、架橋濃度の濃度、並びに約３６０μmの境界の深さと共に、角膜の深さの関数を説明する。図２９はまた、二次微分及び閾値アルゴリズムを使用した境界分析の線を示す。二次微分はまた、示されているように計算され得る。説明された境界の深さにおいて、二次微分は、１８０mM/mm2の閾値の微分値を有する。
【０１０９】
図３５〜３６は、モデルによって生じるような異なるプロトコールを利用した処置に対する架橋プロファイルのグラフを説明する。グラフはまた、境界線についての約４．４mM/mm3の潜在的な閾値架橋濃度を示す。示されているように、境界の深さは、架橋プロファイル曲線と潜在的な閾値架橋濃度の交差点からの約１２５μmシフトにおいて得られる。図３５において、例えば、境界線は、約３５０μmの深さに現れる。
【０１１０】
光化学的でキネティックな反応のモデルは更に、全部で１４個の異なる研究によって報告される結果に対して評価された。図３０は、これらの１４個の別々の研究に記載されたプロトコールについての角膜実質境界線の深さについての、モデル値と実験データとの相関を示す、データのグラフを説明する。実測値は、上皮表面から測定される。標準偏差は約２０μmである。
【０１１１】
表１は、異なる処置についての境界線の深さの決定について示されるデータを更に示す。
【０１１２】
【表１】
2018526341.tif 000008
【０１１３】
報告された標準偏差は、名目上同等な臨床プロトコールについての境界線の深さにおけるばらつきを明らかにする。このようなばらつきは、測定誤差、臨床技術、プロトコール、リボフラビン処方物、及び／又は使用される機器の態様の結果であり得る。報告されたばらつきの分析は、光化学的でキネティックな反応のモデルを用いて実施された。図３７は、境界線の深さが、リボフラビン濃度、増粘剤の使用、照射（ＵＶＡ）装置の較正、照射（ＵＶＡ）ビームプロファイル、及び／又は地理学的因子の態様によって影響を受け得ることを説明する。
【０１１４】
要約すると、境界線は、光化学的でキネティックな反応のモデルで正確に予測される。したがって、光化学的でキネティックな反応のモデルを使用して、角膜（特に、より薄い角膜）をより安全に処置し得る。しかしながら、臨床プロトコールにおける変更により、境界線の線の深さ及び潜在的な臨床アウトカムにおいてばらつきが生じ得、このことは、クロスリンキング処置法における精度の重要性を示唆する。プロトコール、技術、及び機器における一貫性は、臨床アウトカムの予測可能性を増強させることができる。
【０１１５】
一実施態様によると、図１３は、処置パラメーター及び／又は他の関連した情報から得られる架橋の量を決定するために、上で同定された光化学的でキネティックな反応（ｒ１）〜（ｒ２６）に基づくモデルを利用する例示的なシステム１００を説明する。制御装置１２０は、プロセッサ１２２及びコンピュータ可読記憶媒体１２４を備える。光源１１０からの光活性化光が架橋剤で処置された角膜の選択された区域に送達される場合、記憶媒体１２４は、架橋の量を決定するためのプログラム指令を記憶する。特に、反応（ｒ１）〜（ｒ２６）に基づく光化学的でキネティックなモデル１２６は、反応性酸素種（ＲＯＳ）（過酸化物、超酸化物、ヒドロキシルラジカル、及び／又は一重項酸素の組み合わせを含む）を伴う反応から生じる架橋を決定するための第１のセットのプログラム指令Ａ、並びに酸素を伴わない反応からの架橋を決定するための第２のセットのプログラム指令Ｂを含み得る。制御装置１２０は、処置パラメーター及び／又は他の関連情報に関する入力を受け取る。制御装置１２０は、次いで、入力に基づいて角膜の選択された区域のための三次元架橋分布（単数又は複数）に関する情報を出力するために、プログラム指令Ａ及びＢを実行することができる。次いで、三次元架橋分布（単数又は複数）を利用して、角膜の選択された区域において所望の処置を達成するために、光源１１０、光学素子１１２、架橋剤１３０、アプリケータ１３２、酸素源１４０、及び／又は酸素送達デバイス１４２の態様を制御する方法を決定し得る。（当然、図１３において示されるシステム１００及びこのプロセスは、同じ角膜の１つ超の選択された区域を処置するために使用され得る。）
【０１１６】
一つの実装によれば、三次元架橋分布（単数又は複数）は、角膜の選択された区域における架橋及び反応性酸素種の作用による治癒反応に対応する閾値の深さを計算するために評価され得る。追加的に又は代替的に、三次元架橋分布（単数又は複数）は、角膜の選択された区域における生体力学的組織反応に対応する生体力学的組織剛度の閾値の深さを計算するために評価され得る。角膜における治癒反応及び／又は生体力学的組織剛度の深さの情報は、光源１１０、光学素子１１２、架橋剤１３０、アプリケータ１３２、酸素源１４０、及び／又は酸素送達デバイス１４２の態様を制御する方法を決定するために利用され得る。ある治癒反応及び／又は生体力学的組織剛度が、角膜のある深さで所望されていてもよいか又は所望されていなくてもよい。
【０１１７】
図３３に言及すると、光化学的でキネティックなモデルは、光化学的プロセスの特定の態様が制御されるか又はさもなければ影響を受けて、所望の架橋活性を生じることが可能となる。例えば、図３３に示されるように、鉄などの異なる添加剤を使用して光化学的プロセスの異なる点における機構に影響を及ぼし得る。図３４は、架橋活性に対する図３３における様々な添加剤の効果を示す。
【０１１８】
別の実施態様によると、図３８は、角膜内の所望の生体力学的変化（例えば、屈折矯正）を達成するための処置パラメーターを決定するための光化学的なキネティックモデル１２６を利用した例示的なシステム１００を説明する。図１３におけるように、制御装置１２０はプロセッサ１２２及びコンピュータ可読記憶媒体１２４を備える。しかしながら、図１４の例では、記憶媒体１２４は、所望の生体力学的変化を達成するためにどの処置パラメーターを使用し得るかを決定するためのプログラム指令１２５を記憶する。プログラム指令１２５は、（ｉ）反応性酸素種（ＲＯＳ）（過酸化物、超酸化物、ヒドロキシルラジカル、及び／又は一重項酸素の組み合わせを含む）を伴う反応、及び（ｉｉ）酸素を伴わない反応、から生じる架橋を決定するための反応（ｒ１）〜（ｒ２６）を利用する光化学的でキネティックなモデル１２６に基づく。
【０１１９】
光化学的でキネティックなモデル１２６を使用して、処置された角膜組織全体にわたって生じた架橋の三次元分布を、処置パラメーターの組み合わせについて決定することができる。上記のように、クロスリンキング処置のためのパラメーターは、適用された架橋剤の濃度（単数若しくは複数）及び／又は浸漬時間；光活性化光についての照射量（単数若しくは複数）、波長（単数若しくは複数）、放射照度（単数若しくは複数）、時間（単数若しくは複数）、オン／オフデューティ―サイクル（単数若しくは複数）、及び／又は他の照光パラメーター；組織内の酸素化条件；並びに／又は、追加の薬剤及び溶液の存在を含み得る。生じた架橋分布（光化学的でキネティックなモデル１２６から決定された）は、角膜内の特定の生体力学的変化に相関し得る。図１２Ａ〜Ｂは、例えば、架橋分布と屈折の変化との間の相関を示す。
【０１２０】
図３８に示されるように、制御装置１２０は、角膜の初期の生体力学的状態に関する入力１２、及び角膜について（例えば、屈折矯正について）の所望の生体力学的変化を示す入力１４を受け取る。例えば、初期の生体力学的状態は、上記で参照された米国特許出願公開第２０１２／０２１５１５５号明細書に記載のアプローチにより決定され得る。幾つかの場合において、入力１２は、制御装置１２０に通信可能に接続された測定システムによって提供され得る。初期の生体力学的状態は、任意の処置の前又は処置の最中の角膜の状態を反映し得ることが理解される。
【０１２１】
入力１２、１４は、角膜のトポグラフィー（即ち、形状）、角膜の強度（即ち、剛度）、及び／又は角膜の厚さの観点で表現され得る。例えば、屈折矯正のために望ましい生体力学的変化は、「１．５ジオプターの矯正」のように、ジオプターで（医師によって）特定された矯正から決定され得る。
【０１２２】
角膜内の望ましい生体力学的変化は、光力学的なキネティックモデル１２６によって決定されるような特定の架橋分布に相関し得る。したがって、制御装置１２０はプログラム指令１２５を実行して、入力１２によって特定された初期の生体力学的状態を有する角膜において、入力１４によって特定された望ましい生体力学的変化を生じることのできる特定の架橋分布１６を決定することができる。望ましい生体力学的変化のための架橋分布１６を決定した後に、制御装置１２０は、特定の架橋分布を達成するために１セットの処置パラメーターを定めることができる。
【０１２３】
上記の試験が確立されているように、しかしながら、架橋分布１６は、多くの場合、１つ超の処置パラメーターによって達成され得る。例えば、光化学的でキネティックな反応に依存して、（ｉ）より長い時間をかけてより低い照射量の光活性化光を適用するか、又は（ｉｉ）より短い時間をかけてより高い照射量の光活性化光を適用することによって、同じような架橋分布が達成され得る。それ故、架橋分布１６を達成するための１つ超のセットの処置パラメーター１８が同定され得る。
【０１２４】
１つ超の可能なセットの処置パラメーター１８を用いて、医師は、処置時間又は光活性化光の照射量などのある好ましいパラメーターについて、処置を最適化することができる。例えば、医師は、より短い処置時間を達成するために処置パラメーターを最適化し得る。このプリファレンスのために、制御装置１２０は、より短い照光時間をかけて架橋分布１６を生じる、より高い照射量の光活性化光を提供する１セットの照光パラメーターを定め得る。逆に、医師は、より低い照射量の光活性化光を使用するために処置パラメーターを最適化してもよい。この第２のプリファレンスのために、制御装置１２０は、より長い照光時間をかけて架橋分布１６を生じる、より低い照射量の光活性化光を提供する１セットの照光パラメーターを定め得る。
【０１２５】
一般的に、架橋分布１６を達成するために、制御装置１２０は、上記のような処置パラメーターＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅなどのセットについての値の様々な組み合わせ１８のいずれかを同定し得る。医師は、これらのうちの１つ以上の処置パラメーターに対するプリファレンスを設定することができる。例えば、医師は、パラメーターＡに対する好ましい値又は好ましい値の範囲を最初に設定し得る。それに応じて、制御装置１２０は、架橋分布１６を達成しつつ、パラメーターＡについてのプリファレンスに合う、残りのパラメーターＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅなどについての値の組み合わせを特定することができる。医師は、最適化された処置パラメーターのセット１８ａに到達するための更なるプリファレンスに基づいて、パラメーターＢ、Ｃ、Ｄ及び／又はＥなどの値についての選択を行い得る。処置パラメーターについての値は、異なる優先順位を有するプリファレンスに合うように徐々に調整されるので、処置パラメーターの最適化プロセスは反復的であり得る。
【０１２６】
幾つかの実施態様では、医師は、制御装置１２０に接続されたユーザーインターフェース（示されていない）を介した一連の選択及び他の入力を通して、最適化プロセスを管理し得る。幾つかの場合では、入力１２、１４はまた、このようなユーザーインターフェースを通して提供され得る。
【０１２７】
次いで、角膜の選択された区域における所望の処置を成し遂げるために、最終セットの処置パラメーター１８ａを使用して、光源１１０、光学素子１１２、架橋剤１３０、アプリケータ１３２、酸素源１４０、酸素送達デバイス１４２などの態様を制御する方法を決定することができる。
【０１２８】
それに対応して、図３９は、所望の生体力学変化を達成するための処置パラメーターを決定するために、光化学的なキネティック反応（ｒ１）〜（ｒ２６）のモデルを使用するための例示的な方法２００を説明する。工程２０２において、角膜の初期の生体力学的状態に関連した情報を受け取る。工程２０４において、角膜についての（例えば、屈折矯正についての）所望の生体力学的変化に関連した情報を受け取る。工程２０６において、初期の生体力学的状態を有する角膜において所望の生体力学的変化を達成するために、架橋分布を決定する。工程２０８において、架橋分布を達成するための１つ以上のセットの処置パラメーターを決定する。工程２０８に関連して、処置パラメーターについての１つ以上のプリファレンスが工程２１０において受け取られ得、そして、工程２１２において処置パラメーターが１つ以上のプリファレンスに基づいて最適化されて、処置システム（例えば、例示的なシステム１００）において実行することのできる最終セットの処置パラメーターを決定して、架橋分布を達成し得る。
【０１２９】
上記されるように、本開示の幾つかの態様によれば、上で記載及び説明された手順のステップのうちの幾つか又は全ては、制御装置（例えば、制御装置１２０）の制御下で自動化され又は誘導され得る。一般に、制御装置は、ハードウェア及びソフトウェア要素の組み合わせとして実施され得る。ハードウェア面は、マイクロプロセッサ、論理回路、通信／ネットワーキングポート、デジタルフィルター、メモリ、又は論理回路を含む、動作可能に結合されたハードウェアコンポーネントの組み合わせを備え得る。制御装置は、コンピュータ可読媒体上に記憶され得るコンピュータ実行可能コードによって特定された動作を行うために適合され得る。
【０１３０】
上記されるように、制御装置は、外部の従来のコンピュータ又はオンボードフィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの、ソフトウェア又は記憶された指令を実行するプログラム可能な処理デバイスであり得る。一般に、任意の処理又は評価のために本開示の実施態様によって利用される物理的プロセッサ及び／又はマシンは、コンピュータ及びソフトウェア技術の当業者に理解されるように、本開示の例示的な実施態様の教示によりプログラムされた、１つ以上のネットワーク又は非ネットワーク汎用コンピュータシステム、マイクロプロセッサ、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ’ｓ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ’ｓ）、マイクロコントローラなどを備え得る。物理的プロセッサ及び／又はマシンは、画像取込デバイス（単数若しくは複数）と外部でネットワーク接続されてもよく、又は画像取込デバイス内に備わるように一体化されてもよい。適切なソフトウェアは、ソフトウェア技術の当業者によって理解されるように、例示的な実施態様の教示に基づいて、通常の技能のプログラマによって容易に準備され得る。加えて、例示的な実施態様のデバイス及びサブシステムは、電気技術（単数又は複数）の当業者によって理解されるように、特定用途向けの集積回路の準備によって、又は従来の構成回路の適切なネットワークを相互接続することによって実施され得る。したがって、例示的な実施態様は、ハードウェア回路及び／又はソフトウェアの任意の具体的な組み合わせに限定されない。
【０１３１】
コンピュータ可読媒体のいずれか１つ又はその組み合わせ上に記憶させることで、本開示の例示的な実施態様は、例えば、例示的な実施態様のデバイス及びサブシステムを制御するための、例示的な実施態様のデバイス及びサブシステムを駆動するための、例示的な実施態様のデバイス及びサブシステムがヒトのユーザと相互作用することを可能にするためのソフトウェアを備え得る。このようなソフトウェアとしては、これらに限定されるものではないが、デバイスドライバ、ファームウェア、オペレーティングシステム、開発ツール、アプリケーションソフトウェアなどを含み得る。このようなコンピュータ可読媒体は、更に、実装において行われる処理の全て又は（処理が分散される場合には）一部分を行うための、本開示の実施態様のコンピュータプログラム製品を備えることができる。本開示の例示的な実施態様のコンピュータコードデバイスは、これらに限定されるものではないが、スクリプト、解釈可能なプログラム、動的リンクライブラリ（ＤＬＬｓ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス及びアプレット、完全実行可能プログラムなどを含む任意の好適な解釈可能又は実行可能なコード機構を備えることができる。更に、本開示の例示的な実施態様の処理の一部は、より良好な性能、信頼性、費用などのために、分散され得る。
【０１３２】
コンピュータ可読媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の好適な磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤＲＷ、ＤＶＤ、任意の他の好適な光学媒体、パンチカード、紙テープ、光学マークシート、穴若しくは他の光学的に認識可能な表示のパターンを備えた任意の他の好適な物理的な媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、任意の他の好適なメモリチップ若しくはカートリッジ、搬送波、又はコンピュータがそこから読み取ることができる任意の他の好適な媒体を含み得る。
【０１３３】
本開示が１つ以上の特定の実施態様に関して記載してきたが、当業者は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更をそこに行い得ることを理解する。これらの実施態様及びそれらの自明な変形の各々が、本発明の精神及び範囲として考えられる。同様に、本開示の態様による追加的な実施態様は、本明細書中に記載された実施態様のうちのいずれかからの任意の数の特徴を組み合わせ得ると考えられる。
【図１】
2018526341.tif 000009
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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