Effects of benzalkonium chloride and cyclosporine applied topically to rabbit conjunctiva: a histomorphometric study

Faria, Nubia Vanessa Lima de; Sampaio, Manuella O Borges de; Viapiana, Gabriela N; Seabra, Nathália M; Russ, Heloisa Helena; Montiani-Ferreira, Fabiano; Mello, Paulo Augusto Arruda

ABSTRACT Purpose:

Chronic instillation of benzalkonium chloride, a preservative, has inflammatory effects on the ocular surface. However, addition of the anti-inflammatory agent cyclosporine to a therapeutic protocol may mitigate these effects. This study compared the toxic effects of a 0.1% benzalkonium chloride solution and the possible protective effect of 0.05% cyclosporine when applied topically to the rabbit conjunctiva.

Methods:

Fifteen age- and weight-matched, female New Zealand white rabbits were categorized into three groups and treated for 30 consecutive days. Group 1, 2, and 3 - benzalkonium chloride received 0.1% every 24 h, 0.05% cyclosporine every 6 h, and both treatments, respectively. In each rabbit, the left eye was subjected to treatment and the right eye was a control. The rabbits were euthanized at after the experiment. Goblet cells and blood vessels were then enumerated in conjunctival tissues stained with periodic acid-Schiff and hematoxylin-eosin, respectively. Differences between treated and untreated eyes and between groups were compared using the t-test and analysis of variance.

Results:

Benzalkonium chloride treatment, with and without cyclosporine, significantly reduced (p≤0.05) in the number of goblet cells in treatment eyes compared with that in respective control eyes. Alternatively, adding cyclosporine to benzalkonium chloride did not prevent the loss of conjunctival goblet cells, and a significant reduction in the number of goblet cells was noted. Benzalkonium chloride-induced significant increase in the number of new blood vessels was mitigated significantly by the addition of cyclosporine.

Conclusion:

This study demonstrated the magnitude of conjunctival injury caused by chronic instillation of benzalkonium chloride. Although cyclosporine did not mitigate the effects on goblet cells, its addition minimized inflammatory angiogenesis induced by benzalkonium chloride.

RESUMO Objetivo:

A instilação crônica de cloreto de benzalcônio, um conservante, tem efeitos inflamatórios na superfície ocular. No entanto, a adição do agente anti-inflamatório ciclosporina a um protocolo terapêutico pode atenuar esses efeitos. Este estudo comparou os efeitos tóxicos de uma solução de cloreto de benzalcônio a 0,1% e o possível efeito protetor de ciclosporina a 0,05% quando aplicado topicamente à conjuntiva de coelho.

Métodos:

Quinze coelhos fêmeas brancos da raça Nova Zelândia, pareados por idade e peso, foram categorizados em três grupos e tratados por 30 dias consecutivos. Os grupos 1, 2 e 3 - receberam cloreto de benzalcônio 0,1% a cada 24h, ciclosporina a 0,005% a cada 6h e ambos os tratamentos, respectivamente. Em cada coelho, o olho esquerdo foi submetido a tratamento e o olho direito foi controle. Os coelhos foram submetidos à eutanásia após o experimento. Células caliciformes e vasos sanguíneos foram então enumerados em tecidos conjuntivais corados com ácido periódico-Schiff e hematoxilina-eosina, respectivamente. As diferenças entre os olhos tratados e não tratados e entre os grupos foram comparadas usando o teste t e análise de variância.

Resultados:

O tratamento com cloreto de benzalcônio, com e sem ciclosporina, reduziu significativamente (p£0,05) o número de células caliciformes nos olhos tratados em comparação com os olhos controle correspondentes. Alternativamente, a adição de ciclosporina ao cloreto de benzalcônio não impediu a perda de células caliciformes conjuntivais, e foi observada uma redução significativa no número de células caliciformes. O aumento significativo induzido pelo cloreto de benzalcônio no número de novos vasos sanguíneos foi significativamente mitigado pela adição da ciclosporina.

Conclusão:

Este estudo demonstrou a magnitude da lesão conjuntival resultante da instilação crônica de cloreto de benzalcônio. Embora a ciclosporina não tenha atenuado os efeitos nas células caliciformes, sua adição minimizou a angiogênese inflamatória induzida pelo cloreto de benzalcônio.