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葡萄膜炎是一种复杂的眼部炎症性疾病，病因很多，可导致失明。虽然皮质类固醇滴眼液是早期葡萄膜炎的主要方法，但其疗效受到生物利用度低、不良反应和对炎症关注范围狭窄的限制。
因此， 复旦大学黄锦海教授、周行涛教授、Mei Yang 采用抗炎药物地塞米松（DSP）和活性氧（ROS）清除铈基金属−有机框架（Ce-MOFs）与热敏三嵌段共聚物F127结合，开发了多功能水凝胶滴眼液（DCFH） 。由于其热敏性、触变性、透光率、改善眼部生物利用度和良好的抗炎效果，由此产生的F127眼液提供了一个有利的替代方案。 功能药物载体纳米多孔Ce-MOFs的参与不仅降低ROS水平，而且提高DSP的体外抗炎活性。 在治疗上，多功能DCFH通过减轻眼科炎症反应、抑制炎症细胞因子（如TNF-α、IL-6和IL-17）、下调iNOS和NLPR3的表达，在治疗内毒素诱导的葡萄膜炎方面表现出优越的疗效。这种协同治疗为葡萄膜炎和其他眼部炎症条件的治疗提供了一种有价值和有前途的方法。
相关研究内容以 「Multifunctional Hydrogel Eye Drops for Synergistic Treatment of Ocular Inflammatory Disease」 为题于2023年10月27日发表在 【ACS Nano】 。
示意图 多功能水凝胶滴眼液的制备工艺及通过抗氧化、抗炎策略治疗葡萄膜炎的协同方法
本研究开发了一种多功能的DSP@ Ce-MOFs F127水凝胶（DCFH）滴眼液，用于葡萄膜炎的无创协同治疗（示意图）。DCFH含有抗炎药物DSP，负载抗氧化载体Ce-MOFs和热敏F127水凝胶，以提高药物的生物利用度。通过表征证实了多功能水凝胶滴眼液，并对DCFH在体内外的抗炎和抗氧化活性进行了研究。结合眼部生物相容性，DCFH滴眼液为葡萄膜炎和其他与氧化应激和炎症相关的疾病提供了一种有效、安全的治疗方法。
图1 Ce-MOFs和DSP@Ce-MOFs的特性分析
作为具有清除ROS活性的功能性药物载体Ce-MOFs采用硝酸铵（（Np）2Ce（NO3）6）和1,4-苯二羧酸（pBDC）为核心金属铈铁和有机配体， 采用水热法合成 （图1a）。研究结果表明，Ce-MOFs保留了铈基材料的特性，并表现出浓度依赖性的清除ROS活性（图1b）。在0.06−0.15的相对压力（P/P0）范围内，CeMOFs的Brunauer−Emmett−Teller（BET）表面积为112m2g−1，在1.4 nm处有一个尖峰（图1c）。XRD分析显示，Ce-MOFs曲线中2θ =分别为7.4°、8.5°和25.7°处的特征峰与文献报道的一致（图1d）， 证实Ce-MOFs的成功合成 。通过扫描电子显微镜（SEM）观察到Ce-MOFs纳米颗粒的形态，发现其 尺寸相对均匀 ，约为100nm（图1e）。利用傅里叶变换红外（FTIR）光谱对DSP、Ce-MOFs和DSP@CeMOFs进行了进一步的表征（图1f）。DSP@Ce-MOFs曲线同时显示出DSP和Ce-MOFs的特征峰，表明 DSP已成功加载到Ce-MOFs中 。
图2 F127和DCFH的表征
F127和DCFH在4℃时均处于溶液状态，但在37℃时发生凝胶转变（图2a）。流变学结果表明，F127和DCFH的存储模量（G'）和损失模量（G″）均开始显著上升（图2b、c）。阶梯应变实验流变学结果显示，当从1%应变（低量级）切换到50%应变（高量级）时，两种水凝胶的G'均显著下降，然后在恢复到低量级时立即恢复到原始水平（图2d、e）。DSP溶液和F127水凝胶的吸光度与水溶液相似（图2f）。在5−8μm范围内测量F127水凝胶的孔径分布，DSP@CeMOFs的掺入除了使水凝胶骨架厚度减少外，并没有显著改变多孔结构（图2g）。DSP在36小时内从DCFH中缓慢且持续释放，累积释放率为68.74±3.29%（图2h）。
图3 体外评价其抗氧化和抗炎作用
葡萄膜炎微环境的特点是ROS的过量产生和无法控制的炎症。为评价其抗氧化能力，建立了pO2诱导的氧化应激模型（图3a）。DCFH处理后检测到少量ROS阳性（ROS+）细胞，甚至接近正常细胞（图3b）。流式结果显示，Ce-MOFs在ROS+速率和平均荧光强度方面表现出一定的抗氧化能力，特别是DCFH（图3c、d）。NO、TNF-α和IL-6的过表达在葡萄膜炎的发病机制中起着关键作用，这些炎症指标在1 μg mL−1LPS刺激24小时后显著上调（图3e-h）。虽然Ce-MOFs的抗炎作用有限，但DCFH对NO、TNF-α和IL-6的抑制作用显著提高（图3e-h）。
图4 DCFH的眼表驻留行为和药代动力学特征
与DSP溶液组相比，液体表面（红色箭头）和角膜（白色箭头）之间的明显溶液区域显示，DCFH在给药后1h内显著延长滴眼液的眼部保留时间；即使在灌注60 min后，结膜穹窿的液体表面信号仍可见，而DSP组在10 min内已经消失（图4a）。为了追踪药物保留行为，将亲水荧光染料荧光素钠（FLU）装入DCFH（DCFH-FLU）中，并在钴蓝光下使用裂隙灯（CBL）下进行检测，FLU组在10 min时检测不到绿色信号，而DCFH-FLU组的强流感信号持续到90 min（图4b）。药代动力学结果表明， 在DCFH的存在下，DSP较差的生物利用度显著提高，其峰值浓度更大、持续时间更长 （图4c）。
图5 水凝胶滴眼液对内毒素性葡萄膜炎（EIU）抗炎作用的体内评价
EIU建模后，老鼠分为四组，然后采用裂隙灯观察、酶联免疫吸附试验（ELISA）和实时荧光定量PCR（qPCR）检测炎症情况（图5a）。LPS注射后24 h，PBS处理的大鼠出现大量虹膜血管扩张、瞳孔粘连和前段细胞减退（图5b），提示 EIU模型诱导成功 。与PBS组相比，DSP组和F127组滴眼液可适度减轻炎症反应，尤其是DCFH组评分最低（图5b、c）。DSP和F127通过降低房水中总蛋白、TNF-α和IL-6的浓度（图5d-e），表现出适度的抑制作用。多功能DCFH对TNF-α和IL-6 mRNA转录的抑制作用最显著（图5f、g）。与DSP组相比，DCFH对iNOS和IL-17的表达表现出更强的抑制作用（图5h、i）。此外，在DSP和DCFH组对EIU大鼠NLRP3表达有相同程度的抑制（图5j）。以上结果 证实了多功能DCFH协同治疗的优势 。
图6 水凝胶滴药水的细胞毒性和眼部生物相容性评价
F127和DCFH对RAW 264.7巨噬细胞和HCECs的活力均无显著影响（图6a、b）。F127和DCFH处理的HCECs经钙绿素AM染色阳性标记，只有少数经碘化丙啶（PI）染色（图6c）。采用Annexin V-FITC/PI检测细胞早期凋亡和晚期凋亡，结果表明，与F127孵育并不能诱导HCECs的细胞凋亡，而DCFH导致的早期凋亡率最低（图6d、e）。在应用DCFH后的24小时内，角膜上皮保持完整，没有结膜充血、分泌物增加或有眨眼刺激（图6f）。H&E染色显示角膜有清晰的层次结构，没有浸润的炎症细胞或角膜上皮缺陷（图6f）。 由于其良好的生物相容性，DCFH具有良好的临床应用价值 。
葡萄膜炎是一种复杂的眼病，对全球视觉健康构成重大威胁，在某些情况下可导致不可逆转的失明。炎症和ROS在葡萄膜炎的发病机制中起着关键作用。在本研究中， 多功能DCFH滴眼液被开发用于无创和有效的协同治疗葡萄膜炎 。Ce-MOFs在ROS清除和载药能力方面的优势有助于实现协同抗氧化和抗炎治疗。面对眼部屏障带来的挑战， F127水凝胶由于其热敏性、触变性、透光率和控释能力，成为替代眼药液的一种有利和有效的替代品 。具体来说， 多功能、生物相容性的DCFH滴眼液可通过协同治疗机制显著减轻葡萄膜炎，抑制炎症风暴的发生 。这些发现对眼科药物的发展和眼部炎症性疾病的治疗具有潜在的应用价值。
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