王 爭 梁 亮 陳玢琳

(三峽大學(xué) 第一臨床醫(yī)學(xué)院[宜昌市中心人民醫(yī)院] 眼科 & 三峽大學(xué) 眼科研究所， 湖北 宜昌 443003)

藥物在眼病的預(yù)防、診斷和治療中起著重要作用。由于眼睛在解剖上的復(fù)雜性和生理上的特殊性，在全身給藥后，僅有1%～2%可到達(dá)靶部位，因此眼科常采用局部給藥[1]。滴眼劑給藥時(shí)，經(jīng)眼外排出、眼內(nèi)清除、組織結(jié)合或滅活作用后，藥物在眼部的生物利用度不足5%[2]。對(duì)于年齡相關(guān)性黃斑變性、視網(wǎng)膜血管疾病和青光眼視神經(jīng)病變等眼底疾病，需要通過玻璃體注射將藥物輸送至眼后段，而玻璃體內(nèi)的藥物半衰期較短，往往需要反復(fù)注射，給患者帶來不便的同時(shí)，還提高了眼內(nèi)炎、視網(wǎng)膜脫離、眼內(nèi)出血和高眼壓等并發(fā)癥的發(fā)生概率。因此，提高藥物生物利用度和降低藥物副作用是眼部藥物遞送的研究重點(diǎn)，其中構(gòu)建藥物控釋系統(tǒng)是解決這一問題的有效途徑。

眼部藥物控釋系統(tǒng)是將藥物與活性載體制成控釋劑，通過活性載體與藥物的有機(jī)結(jié)合與分離，維持局部藥物濃度[3]。眼部藥物控釋系統(tǒng)的發(fā)展促進(jìn)了活性載體用于眼部給藥的研究進(jìn)展。近年來，許多生物材料如納米膠束、納米粒子、脂質(zhì)體、植入物、隱形眼鏡、納米懸浮液、微針和水凝膠等新型藥物傳遞系統(tǒng)逐步被報(bào)道有助于眼部的藥物利用[4]。其中，水凝膠因其優(yōu)越的生物相容性、可降解性、智能調(diào)控性等成為眼部藥物遞送中的研究熱點(diǎn)。本文將論述應(yīng)用于眼部不同種類的水凝膠控釋系統(tǒng)的國內(nèi)外研究進(jìn)展，并對(duì)其分析，以期為水凝膠在眼部藥物遞送上的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用提供新思路。

1 眼部的藥物遞送

由于淚液引流、角膜清除的生理屏障及代謝酶降解作用，藥物在眼部的利用度較低。為了解決這一問題，研究人員設(shè)計(jì)合成了許多藥物遞送載體，主要有脂質(zhì)體、納米粒、微球、眼部植入劑等。脂質(zhì)體和納米粒具有增加角膜通透性、緩釋和降低毒性反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，但存在熱力學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、不能長期保存、包封率低、難滅菌和無法規(guī)模生產(chǎn)的不足，尚未得到廣泛應(yīng)用[5]。微球穩(wěn)定性較好，釋藥速率穩(wěn)定，但過大的粒徑可能會(huì)干擾光路，降低患者耐受性，且無菌微球的大規(guī)模生產(chǎn)成本較高[6]。此外，眼部植入劑也會(huì)出現(xiàn)個(gè)別患者有眼部異物感、固體植入劑可能在眼部移動(dòng)和操作相對(duì)復(fù)雜的問題[7]。隨著手術(shù)技術(shù)、治療方法及材料科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，水凝膠給藥系統(tǒng)被開發(fā)出來，旨在克服眼部藥物遞送的種種障礙，提高療效、降低毒副作用。

2 眼部水凝膠概述

水凝膠的本質(zhì)是一種能在水中溶脹而不溶解的親水性三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高分子聚合物，在軟性角膜接觸鏡、細(xì)胞和酶的固定、藥物遞送、組織工程等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[8-11]。水凝膠在藥物遞送中，可根據(jù)外界環(huán)境改變凝膠結(jié)構(gòu)起到控制藥物釋放的作用，具有靶向性、高生物利用度和高安全性等優(yōu)點(diǎn)。因此，集吸水、保濕、緩釋、柔軟、良好的生物相容性以及智能可調(diào)控性于一身的水凝膠在眼部的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。而根據(jù)眼部疾病治療方法和藥物理化性質(zhì)的不同，所合成的水凝膠的材料和性能也各不相同。

3 眼部水凝膠種類

3.1 溫度敏感型水凝膠

溫度敏感型水凝膠存在著一個(gè)最低臨界相變溫度(lower critical solution temperature，LCST)，當(dāng)溫度低于LCST時(shí)，水凝膠為澄清透明的水溶液；當(dāng)溫度高于LCST時(shí)，水凝膠呈現(xiàn)凝膠狀態(tài)[12]。在用于眼表給藥時(shí)，滴眼液給藥精準(zhǔn)方便，給藥后可以在生理?xiàng)l件下立即凝膠化而不會(huì)模糊視力，形成的凝膠具有較高的粘附性，可延長眼表滯留時(shí)間。Kong等[13]將熒光素鈉加入到左氧氟沙星的溫度敏感型水凝膠體系中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根據(jù)水凝膠的配方不同可將角膜滯留時(shí)間從30 min延長至9 h。梁楠[14]將泊洛沙姆聯(lián)合復(fù)合羧甲基化殼聚糖制備了溫度敏感水凝膠，裝載雙氯芬酸鈉后滴入兔眼，與溶液型滴眼劑相比，凝膠滴眼劑的眼表滯留時(shí)間增加了3倍以上，房水中藥物濃度在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均明顯升高。Mohammed等[15]利用殼聚糖的抗菌性，制成了一種抗菌型溫度敏感型水凝膠，并加入抗生素后聯(lián)合抗菌，與普通抗生素滴眼劑相比，在兔眼細(xì)菌性角膜炎模型中具有更好的治療效果。以上研究證明，溫度敏感型水凝膠裝載藥物，一方面可延長藥物作用時(shí)間，另一方面有助于提高藥物作用。同樣的，溫度敏感型水凝膠也被應(yīng)用于玻璃體注藥治療眼內(nèi)疾病。Awwad等[16]將透明質(zhì)酸與溫敏高分子交聯(lián)制成了一種可在眼內(nèi)降解的溫度敏感型水凝膠，裝載治療老年性黃斑病變的蛋白性藥物英夫利昔單抗和貝伐單抗，在保留蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的情況下，體外實(shí)現(xiàn)了長達(dá)50 d的抗體緩釋。該研究證明，將藥物包裹在具有納米復(fù)合體系的溫度敏感型水凝膠中，可以避免藥物在眼內(nèi)被酶降解，同時(shí)凝膠基質(zhì)增加了額外擴(kuò)散阻力，可實(shí)現(xiàn)藥物在玻璃體內(nèi)的長期零級(jí)動(dòng)力學(xué)釋放。維甲酸、曲安奈德、抗VEGF藥物均已被裝載于溫度敏感型納米復(fù)合材料水凝膠中，并且取得了較好的控釋效果[17-19]。

溫敏聚合物泊洛沙姆對(duì)角膜的刺激性較小，在溫度敏感型水凝膠中應(yīng)用最廣泛。但泊洛沙姆生物黏附性一般、膠凝濃度大、強(qiáng)度低、溶蝕性快。為了適應(yīng)眼部的藥物遞送，有研究者加入了如聚卡波非，增強(qiáng)其生物黏附力和流變學(xué)性能[20]。另有研究者開發(fā)了泊洛沙姆-聚丙烯接枝共聚物，使其能在較低的聚合物濃度下(1%～5%)形成凝膠，解決了高濃度泊洛沙姆的高滲透壓引起的眼部不適[21]。但仍存在著膠凝過程中相轉(zhuǎn)變速度較慢引起藥物流失的問題。因此，改善凝膠的膠凝性質(zhì)及相轉(zhuǎn)變速度，是溫度敏感型水凝膠新的研究方向之一。

3.2 pH敏感型水凝膠

pH敏感型原位膠凝體系由含酸性或堿性基團(tuán)的pH敏感聚合物組成，聚合物會(huì)隨著周圍環(huán)境中pH的改變而發(fā)生轉(zhuǎn)化。與溫度敏感性水凝膠相似，應(yīng)用于眼部的pH敏感型水凝膠被設(shè)計(jì)成具有在非生理?xiàng)l件下為流動(dòng)的液態(tài)，與淚液接觸(pH值為7.2～7.4)后轉(zhuǎn)化成凝膠態(tài)的理化性質(zhì)。趙玉娜等[22]以卡波姆為凝膠基質(zhì)、羥丙甲基纖維素為增稠劑制備了在非生理?xiàng)l件下(pH 4.0)為流動(dòng)的液態(tài)，生理?xiàng)l件下(pH 7.4)膠凝成為半固態(tài)的pH敏感型氯霉素水凝膠滴眼劑，8 h體外釋藥達(dá)到80%，12 h釋放完全。該研究證明，pH敏感型水凝膠具有藥物緩釋功能，并可完全將藥物釋放至眼內(nèi)。魟魚軟骨多糖(ray cartilage glycosaminoglycans， RCG)是從魟魚軟骨中分離純化得到的單一多糖，研究證明RCG滴眼液能夠抑制角膜組織血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)，對(duì)大鼠角膜新生血管的形成具有顯著的抑制作用[23]。郭斌等[24]將RCG裝載于pH敏感型水凝膠中，滴入兔眼后對(duì)不同組織的藥代動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)RCG在角膜中的分布遠(yuǎn)高于虹膜、房水和玻璃體，可充分發(fā)揮其在角膜的治療作用。并發(fā)現(xiàn)當(dāng)RCG的載藥量超過50 mg/mL時(shí)，能明顯的抑制兔眼角膜新生血管生成。該研究證明pH敏感性水凝膠具有較好的生物相容性，可高效地將藥物遞送至角膜。

常用的pH敏感型眼用凝膠的基質(zhì)主要是聚丙烯酸類，其中以卡波普系列應(yīng)用最多?？úㄆ辗肿又泻写罅眶然?，在淚液中羧基團(tuán)解離，靜電斥力可使分子鏈膨脹，聚合物黏度急劇增大[25]。然而膠凝濃度過大具有一定的毒性，不易被中和。因此在制備眼部水凝膠控釋系統(tǒng)中，常與羥丙基甲基纖維素合用，可一定程度降低卡波普濃度，減少眼部刺激性。因此，加大對(duì)凝膠基質(zhì)的開發(fā)力度，確保凝膠的安全無毒是目前pH敏感型眼用凝膠需要克服的問題。

3.3 離子敏感型水凝膠

離子敏感型水凝膠可與生理?xiàng)l件下的離子交聯(lián)，發(fā)生溶膠與凝膠轉(zhuǎn)變。由于淚液中含有Na+、K+、Mg2+及Ca2+等離子，因此通過離子活化水凝膠同樣適用于眼部給藥。研究發(fā)現(xiàn)，使用環(huán)糊精來增加抗真菌藥物益康唑的溶解度，制成的離子敏感型水凝膠在體外能持續(xù)釋放藥物6 h[26]。他們發(fā)現(xiàn)凝膠制劑可使益康唑的角膜清除率明顯降低，且不影響藥物在鼠眼的角膜滲透率。雙糖體是由非離子表面活性劑和膽鹽組成的雙層囊泡，囊泡中的兩親性膽鹽可通過黏膜細(xì)胞膜的脂質(zhì)層，增強(qiáng)藥物的黏膜滲透性，已應(yīng)用于皮膚和腸道藥物遞送[27, 28]。Janga等[29]首次將雙糖體應(yīng)用于眼部，加入0.3% w/v的結(jié)冷膠裝載那他霉素(natamycin，NT)制成離子敏感型水凝膠，在滴入兔眼6 h后，除玻璃體外，角膜、房水、虹膜睫狀體、鞏膜、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜組織的藥物平均劑量歸一化水平均高于那他霉素溶液組。其機(jī)制與凝膠狀態(tài)與角膜黏附性更強(qiáng)有關(guān)，且雙糖體賦予了水凝膠緩釋系統(tǒng)更強(qiáng)的角膜滲透性，從而確保了更長的停留時(shí)間和更高的眼內(nèi)藥物濃度。

結(jié)冷膠是眼用離子敏感凝膠最常用的基質(zhì)之一，陰離子型去乙酰結(jié)冷膠的羰基可與淚液中陽離子絡(luò)合，形成穩(wěn)定雙螺旋的鏈間氫鍵。每2條雙螺旋又逆向聚集構(gòu)成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[30]。馬來酸噻嗎洛爾長效眼用制劑Timoptic XE?中含有去乙酰結(jié)冷膠，已被應(yīng)用于開角型、閉角型青光眼，以及繼發(fā)性青光眼和其他高眼壓癥的臨床治療。但由于其價(jià)格昂貴，目前國內(nèi)臨床應(yīng)用不多。因此，簡化合成過程，節(jié)省材料費(fèi)用，是離子敏感型水凝膠在應(yīng)用與推廣中需優(yōu)化的地方。

3.4 光敏水凝膠

光敏水凝膠中含有光致變色基團(tuán)，因此可通過調(diào)節(jié)光源信號(hào)，使基團(tuán)發(fā)生光反應(yīng)(異構(gòu)化、裂解或二聚化等)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為化學(xué)信號(hào)，使水凝膠發(fā)生相變。與pH、溫度等刺激相比，光刺激的時(shí)間和空間具有高度的可控性，可遠(yuǎn)程且無創(chuàng)地控制治療藥物在局部的釋放量[31]。因此有研究者設(shè)想，通過人為調(diào)控透射入眼后節(jié)的光線控制藥物釋放，為眼內(nèi)疾病的治療提供一種新途徑。Stuart等[32]將蛋白質(zhì)微粒包裹在可光固化的水凝膠中，該系統(tǒng)在體外可釋放貝伐單抗達(dá)90 d。Liu等[33]將一種可作為抑制膠原合成靶點(diǎn)的多肽疏水性喜樹堿，包封在光交聯(lián)水凝膠中制成微針，在體外能持續(xù)釋放達(dá)20 h，并且能有效抑制瘢痕疙瘩成纖維細(xì)胞I型膠原的表達(dá)，表明該緩釋系統(tǒng)在治療青光眼濾過術(shù)后瘢痕上具有潛在價(jià)值。

作為在玻璃體內(nèi)實(shí)現(xiàn)交聯(lián)的光敏水凝膠，交聯(lián)時(shí)間過長可導(dǎo)致藥物或藥物前體在玻璃體內(nèi)提前釋放。Tyagi等[34]研發(fā)了一種光激活的水凝膠系統(tǒng)，脈絡(luò)膜注射裝有游離貝伐單抗的光激活水凝膠前體后，通過調(diào)控光照時(shí)間來控制藥物釋放。該研究發(fā)現(xiàn)，光激活的水凝膠系統(tǒng)可持續(xù)釋放抗體4個(gè)月。然而在光交聯(lián)初期存在突釋現(xiàn)象，不同光照時(shí)間初始突釋量不等。光交聯(lián)時(shí)間為10 min時(shí)，突釋量最低為21%[34]。另外，光敏水凝膠中的光敏劑吸收光能后能產(chǎn)生自由基、陽離子等，從而引發(fā)單體聚合交聯(lián)固化形成凝膠。這些自由基可能會(huì)對(duì)附近的組織造成一定的毒性。同時(shí)，紫外線照射可能會(huì)影響蛋白質(zhì)類藥物的穩(wěn)定性。因此，光敏水凝膠作為一種新型眼部水凝膠，雖具有定點(diǎn)、定時(shí)、定量釋放的特點(diǎn)，但仍存在許多問題有待進(jìn)一步解決。

3.5 超分子水凝膠

超分子水凝膠是一種由小分子化合物通過自組裝，形成的有序結(jié)構(gòu)水凝膠[35]。與聚合物水凝膠中的交聯(lián)不同，超分子水凝膠之間的納米纖維通過非共價(jià)鍵交聯(lián)，具有刺激響應(yīng)性、結(jié)合可逆性、交聯(lián)可調(diào)節(jié)性、生物相容性和仿生學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)[36]。Zhang等[37]針對(duì)地塞米松(dexamethasone，Dex)水溶性較差的問題，加入琥珀酸后改性制成前藥，得到水溶性良好的琥珀酸地塞米松偶聯(lián)物(succinated dexamethasone，Dex-SA)，制成Dex-SA的超分子水凝膠滴眼液。在體外釋放中發(fā)現(xiàn)，前藥Dex-SA在5 d內(nèi)幾乎全部從水凝膠中釋放出來，并能快速在磷酸鹽緩沖液中轉(zhuǎn)化為母藥Dex，同時(shí)藥物的釋放速率也可以通過水凝膠的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)。在兔眼房水的生物利用度檢測(cè)上，Dex凝膠劑是Dex水溶液的5.6倍。同樣地，曲安奈德與琥珀酸耦連后裝載在超分子水凝膠中，形成可注射的琥珀酸曲安奈德凝膠制劑[38]。在體外，幾乎100%的曲安奈德可緩釋達(dá)3 d。在鼠眼中，琥珀酸曲安奈德凝膠劑在6 h內(nèi)穿透鞏膜的藥物量是市售曲安奈德混懸液的25倍，且整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，注射凝膠后的視網(wǎng)膜沒有出現(xiàn)明顯形態(tài)學(xué)異常改變，而琥珀酸曲安奈德混懸液在注射1 d后視網(wǎng)膜形態(tài)即有明顯改變。證明琥珀酸曲安奈德水凝膠在眼后段具有較好的安全性和生物相容性，在治療眼后段炎癥如葡萄膜炎上具有明顯優(yōu)勢(shì)。值得注意的是，這兩種超分子水凝膠具有觸變性，即在生理眨眼或通過注射器針頭引起的剪切作用下可以發(fā)生凝膠-溶膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變，十分適合眼部藥物遞送。

近幾年來，氨基酸超分子水凝膠成為了最流行的超分子水凝膠構(gòu)建體系之一。與其他小型有機(jī)分子相比，使用統(tǒng)一的生命單位更適合于生物醫(yī)學(xué)。22 個(gè)天然氨基酸與非天然氨基酸為產(chǎn)生自組裝肽提供了巨大的分子空間，固相肽合成的開發(fā)和肽合成儀的商業(yè)化大大減少了肽合成的負(fù)擔(dān)。在肽鏈的構(gòu)建中，改變手性結(jié)構(gòu)、多肽骨架折疊方式、修飾終端和側(cè)鏈為生物醫(yī)學(xué)和臨床實(shí)踐的發(fā)展提供了更多可能[39]。

4 總結(jié)與展望

安全、穩(wěn)定、高效的藥物遞送一直是眼部用藥的研究方向，水凝膠作為眼部藥物控釋系統(tǒng)的載體，具有延長藥物眼部滯留時(shí)間、提高生物利用度、減少給藥頻率等方面優(yōu)勢(shì)。盡管關(guān)于眼部水凝膠的研究取得了一定的成果，但也觀察到許多問題，如溫度敏感型凝膠所使用的聚合物泊洛沙姆的長期應(yīng)用，需要考慮對(duì)角膜和其他眼組織的安全性。此外，pH敏感型的卡波姆膠凝濃度高，且不隨剪切力改變，即在眨眼和不眨眼時(shí)保持同樣粘度，因此濃度過高時(shí)眨眼會(huì)感到疼痛。雖然離子敏感型的結(jié)冷膠在0.1%的濃度下即可發(fā)生膠凝，但它在眼內(nèi)所形成的硬凝膠難以再被淚液溶蝕，可能帶來異物感等。因此，應(yīng)加大對(duì)凝膠劑基質(zhì)材料研發(fā)力度，包括更多新輔料的合成以及其安全性評(píng)價(jià)。同時(shí)，引進(jìn)納米技術(shù)、分子印跡等優(yōu)化水凝膠的性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)釋放速率的調(diào)控，以滿足不同的藥物特性和疾病治療要求。隨著凝膠基質(zhì)的不斷完善和技術(shù)瓶頸的克服，水凝膠將成為一種極具潛力的藥物遞送載體。