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葡萄膜炎是一種復雜的眼部炎癥性疾病，病因很多，可導致失明。雖然皮質類固醇滴眼液是早期葡萄膜炎的主要方法，但其療效受到生物利用度低、不良反應和對炎癥關註範圍狹窄的限制。
因此， 復旦大學黃錦海教授、周行濤教授、Mei Yang 采用抗炎藥物地塞米松（DSP）和活性氧（ROS）清除鈰基金屬−有機框架（Ce-MOFs）與熱敏三嵌段共聚物F127結合，開發了多功能水凝膠滴眼液（DCFH） 。由於其熱敏性、觸變性、透光率、改善眼部生物利用度和良好的抗炎效果，由此產生的F127眼液提供了一個有利的替代方案。 功能藥物載體奈米多孔Ce-MOFs的參與不僅降低ROS水平，而且提高DSP的體外抗炎活性。 在治療上，多功能DCFH透過減輕眼科炎癥反應、抑制炎癥細胞因子（如TNF-α、IL-6和IL-17）、下調iNOS和NLPR3的表達，在治療內毒素誘導的葡萄膜炎方面表現出優越的療效。這種協同治療為葡萄膜炎和其他眼部炎癥條件的治療提供了一種有價值和有前途的方法。
相關研究內容以 「Multifunctional Hydrogel Eye Drops for Synergistic Treatment of Ocular Inflammatory Disease」 為題於2023年10月27日發表在 【ACS Nano】 。
示意圖 多功能水凝膠滴眼液的制備工藝及透過抗氧化、抗炎策略治療葡萄膜炎的協同方法
本研究開發了一種多功能的DSP@ Ce-MOFs F127水凝膠（DCFH）滴眼液，用於葡萄膜炎的無創協同治療（示意圖）。DCFH含有抗炎藥物DSP，負載抗氧化載體Ce-MOFs和熱敏F127水凝膠，以提高藥物的生物利用度。透過表征證實了多功能水凝膠滴眼液，並對DCFH在體內外的抗炎和抗氧化活性進行了研究。結合眼部化石相容性，DCFH滴眼液為葡萄膜炎和其他與氧化應激和炎癥相關的疾病提供了一種有效、安全的治療方法。
圖1 Ce-MOFs和DSP@Ce-MOFs的特性分析
作為具有清除ROS活性的功能性藥物載體Ce-MOFs采用硝酸銨（（Np）2Ce（NO3）6）和1,4-苯二羧酸（pBDC）為核心金屬鈰鐵和有機配體， 采用水熱法合成 （圖1a）。研究結果表明，Ce-MOFs保留了鈰基材料的特性，並表現出濃度依賴性的清除ROS活性（圖1b）。在0.06−0.15的相對壓力（P/P0）範圍內，CeMOFs的Brunauer−Emmett−Teller（BET）表面積為112m2g−1，在1.4 nm處有一個尖峰（圖1c）。XRD分析顯示，Ce-MOFs曲線中2θ =分別為7.4°、8.5°和25.7°處的特征峰與文獻報道的一致（圖1d）， 證實Ce-MOFs的成功合成 。透過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察到Ce-MOFs奈米顆粒的形態，發現其 尺寸相對均勻 ，約為100nm（圖1e）。利用傅立葉變換紅外（FTIR）光譜對DSP、Ce-MOFs和DSP@CeMOFs進行了進一步的表征（圖1f）。DSP@Ce-MOFs曲線同時顯示出DSP和Ce-MOFs的特征峰，表明 DSP已成功載入到Ce-MOFs中 。
圖2 F127和DCFH的表征
F127和DCFH在4℃時均處於溶液狀態，但在37℃時發生凝膠轉變（圖2a）。流變學結果表明，F127和DCFH的儲存模量（G'）和損失模量（G″）均開始顯著上升（圖2b、c）。階梯應變實驗流變學結果顯示，當從1%應變（低量級）切換到50%應變（高量級）時，兩種水凝膠的G'均顯著下降，然後在恢復到低量級時立即恢復到原始水平（圖2d、e）。DSP溶液和F127水凝膠的吸光度與水溶液相似（圖2f）。在5−8μm範圍內測量F127水凝膠的孔徑分布，DSP@CeMOFs的摻入除了使水凝膠骨架厚度減少外，並沒有顯著改變多孔結構（圖2g）。DSP在36小時內從DCFH中緩慢且持續釋放，累積釋放率為68.74±3.29%（圖2h）。
圖3 體外評價其抗氧化和抗炎作用
葡萄膜炎微環境的特點是ROS的過量產生和無法控制的炎癥。為評價其抗氧化能力，建立了pO2誘導的氧化應激模型（圖3a）。DCFH處理後檢測到少量ROS陽性（ROS+）細胞，甚至接近正常細胞（圖3b）。流式結果顯示，Ce-MOFs在ROS+速率和平均熒光強度方面表現出一定的抗氧化能力，特別是DCFH（圖3c、d）。NO、TNF-α和IL-6的過表達在葡萄膜炎的發病機制中起著關鍵作用，這些炎癥指標在1 μg mL−1LPS刺激24小時後顯著上調（圖3e-h）。雖然Ce-MOFs的抗炎作用有限，但DCFH對NO、TNF-α和IL-6的抑制作用顯著提高（圖3e-h）。
圖4 DCFH的眼表駐留行為和藥代動力學特征
與DSP溶液組相比，液體表面（紅色箭頭）和角膜（白色箭頭）之間的明顯溶液區域顯示，DCFH在給藥後1h內顯著延長滴眼液的眼部保留時間；即使在灌註60 min後，結膜穹窿的液體表面訊號仍可見，而DSP組在10 min內已經消失（圖4a）。為了追蹤藥物保留行為，將親水熒光染料熒光素鈉（FLU）裝入DCFH（DCFH-FLU）中，並在鈷藍光下使用裂隙燈（CBL）下進行檢測，FLU組在10 min時檢測不到綠色訊號，而DCFH-FLU組的強流感訊號持續到90 min（圖4b）。藥代動力學結果表明， 在DCFH的存在下，DSP較差的生物利用度顯著提高，其峰值濃度更大、持續時間更長 （圖4c）。
圖5 水凝膠滴眼液對內毒質性葡萄膜炎（EIU）抗炎作用的體內評價
EIU建模後，老鼠分為四組，然後采用裂隙燈觀察、酵素結合免疫吸附分析法（ELISA）和即時熒光定量PCR（qPCR）檢測炎癥情況（圖5a）。LPS註射後24 h，PBS處理的大鼠出現大量虹膜血管擴張、瞳孔粘連和前段細胞減退（圖5b），提示 EIU模型誘導成功 。與PBS組相比，DSP組和F127組滴眼液可適度減輕炎癥反應，尤其是DCFH組評分最低（圖5b、c）。DSP和F127透過降低房水中總蛋白、TNF-α和IL-6的濃度（圖5d-e），表現出適度的抑制作用。多功能DCFH對TNF-α和IL-6 mRNA轉錄的抑制作用最顯著（圖5f、g）。與DSP組相比，DCFH對iNOS和IL-17的表達表現出更強的抑制作用（圖5h、i）。此外，在DSP和DCFH組對EIU大鼠NLRP3表達有相同程度的抑制（圖5j）。以上結果 證實了多功能DCFH協同治療的優勢 。
圖6 水凝膠滴藥水的細胞毒性和眼部化石相容性評價
F127和DCFH對RAW 264.7巨噬細胞和HCECs的活力均無顯著影響（圖6a、b）。F127和DCFH處理的HCECs經鈣綠素AM染色陽性標記，只有少數經碘化丙啶（PI）染色（圖6c）。采用Annexin V-FITC/PI檢測細胞早期雕亡和晚期雕亡，結果表明，與F127孵育並不能誘導HCECs的細胞雕亡，而DCFH導致的早期雕亡率最低（圖6d、e）。在套用DCFH後的24小時內，角膜上皮保持完整，沒有結膜充血、分泌物增加或有眨眼刺激（圖6f）。H&E染色顯示角膜有清晰的階層，沒有浸潤的炎癥細胞或角膜上皮缺陷（圖6f）。 由於其良好的化石相容性，DCFH具有良好的臨床套用價值 。
葡萄膜炎是一種復雜的眼病，對全球視覺健康構成重大威脅，在某些情況下可導致不可逆轉的失明。炎癥和ROS在葡萄膜炎的發病機制中起著關鍵作用。在本研究中， 多功能DCFH滴眼液被開發用於無創和有效的協同治療葡萄膜炎 。Ce-MOFs在ROS清除和載藥能力方面的優勢有助於實作協同抗氧化和抗炎治療。面對眼部屏障帶來的挑戰， F127水凝膠由於其熱敏性、觸變性、透光率和控釋能力，成為替代眼藥液的一種有利和有效的替代品 。具體來說， 多功能、化石相容性的DCFH滴眼液可透過協同治療機制顯著減輕葡萄膜炎，抑制炎癥風暴的發生 。這些發現對眼科藥物的發展和眼部炎癥性疾病的治療具有潛在的套用價值。
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