摘要：角膜擦伤 （CA），俗称划伤眼，是由机械损伤引起的上皮层眼部损伤。如果不及时干预和管理，角膜损伤可能会发展为严重的情况。快速的角膜前消除和不良的眼表保留限制了目前滴眼液的治疗，而纳米载体在开发新型局部滴眼液配方方面具有巨大的潜力。

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角膜擦伤 （CA），俗称划伤眼，是由机械损伤引起的上皮层眼部损伤。如果不及时干预和管理，角膜损伤可能会发展为严重的情况。快速的角膜前消除和不良的眼表保留限制了目前滴眼液的治疗，而纳米载体在开发新型局部滴眼液配方方面具有巨大的潜力。

近期，中国台湾长庚大学Lai Jui-Yang /中国医药大学Yao Chun-Hsu团队开发了一种离子响应性和生物相容性的海藻酸盐覆盖纳米粒（Ce-ALG NPs），用于β-1,3-葡聚糖（即伤口愈合剂）递送和角膜磨损（CA）治疗。海藻酸盐的表面功能化大大提高了纳米治疗角膜上皮损伤恢复的眼部生物利用度。

相关研究成果以“AlgiNate-functionalized nanoceria as ion-responsive eye drop formulation to treat corneal abrasion”为题于2024年12月17日发表在《Carbohydrate Polymers》上。

1. 特性研究

研究者通过ALG对纳米微球进行表面功能化，开发了离子响应纳米配方。具体而言，CeO2表面通过APTES硅烷化进行胺化。氨化的CeO2可以为碳二酰亚胺介导的ALG羧酸基偶联提供反应位点。另外，ALG由于含有丰富的羧酸基团而带负电荷，与APTES的胺化可能通过静电吸引在ALG和Ce之间提供了额外的结合亲和力，从而增强了多糖在NPs上的稳定性。TEM图像及其对应的Ce、N和Na元素图中可以看出，Ce-ALG NPs表面有明显的涂层，而Ce NPs则没有盖层材料（图1a）。Ce样品的平均粒径为~75 nm（图1b），表面改性的Ce样品随着多糖浓度的变化而具有不同厚度的涂层（图1c）。NMR波谱中多糖骨架信号的变化可归因于ALG浓度的增加（图1d）。此外，DMMB 测定还用于检查Ce与ALG的表面修饰（图1e）。有趣的是，ALG接枝量的增加可能促进了生物聚合物基质内的分子间相互作用，表面刚度的变化证明了这一点（图 1f）。图1g表示所有样品在表面功能化后都保留了其自由基清除能力。

图1 各种Ce-ALG样品的特性

2. 生物相容性研究

一般来说，所有眼用制剂都必须满足各种安全性和有效性标准，包括等渗性、无菌性和生物相容性的要求。泪液的渗透压与血液的渗透压非常相似，使红细胞（RBC）成为评估眼部制剂等渗性的理想模型。如图2a所示，在低渗溶液中，红细胞因渗透压而膨胀，而在高渗溶液中，细胞随着水的抽出而收缩。这表明环境反映了体液的自然渗透压，证明Ce-ALG 配方与生理渗透压一致，适用于未来的眼科应用。此外，无菌测试显示没有微生物生长或污染，证实了Ce-ALG制剂的无菌性（图2b）。体外细胞培养结果表明Ce 和 Ce-ALG 样品与眼细胞具有高度的生物相容性（图2c-d）；体内动物模型结果证实了Ce-ALG 制剂的眼部安全性（图2e-h）。

图2 不同Ce-ALG样品的眼生物相容性

3. 生物粘附性研究

ALG因其黏附特性而广为人知，它可以延长局部溶液的角膜保留时间。DLS分析表明粘接性能与ALG含量之间存在很强的相关性，这可能是因为拴在一起的ALG分子促进了链的相互渗透和与粘蛋白的纠缠（图3a）。通过实验，研究者发现氢键是介导藻酸盐包被的纳米颗粒粘附到粘蛋白上的主要力量（图3b）。流变测试反映了 ALG 含量在增强 NP 粘附力中的重要作用（图3c）。

随后，研究者在体内测定了Ce-ALG在眼表的保留。Ce组中的Ce元素信号在实验结束时几乎不分布。对于Ce-ALG样本，无论术后时间点如何，都观察到Ce信号随着ALG含量的增加而显着增加（图3d）。使用ICP-MS检测的Ce残留量，观察到Ce信号随着ALG含量的增加而显着增加（图3e）。总体而言，由于其在体外和体内模型中都具有出色的生物粘附性，Ce-ALG非常适合通过局部眼部途径给药。

图3 不同Ce-ALG样品的生物粘附性能

4. 生物活性研究

纳米氧化铈的生物活性对于减轻多种致病并发症很重要。因此，根据其细胞摄取效率和抗氧化、抗炎和抗凋亡活性来检查Ce NPs和 Ce-ALG NPs的治疗效果。CLSM 图像和定量结果显示，FITC荧光信号（绿色）的增加与NPs中ALG含量的增加是一致的（图4a-b）。对炎症生物标志物（IL-6和TNF-α）的表达进行测试，发现ALG修饰Ce后，NPs的抗炎活性进一步增强（图4c-d）；TUNEL试验表明Ce-ALG NPs可以预防细胞凋亡（图4e）。

图4 各种Ce-ALG样品的生物活性

5. 治疗研究

为了评估由负载 β-1,3-葡聚糖的纳米载体组成的局部纳米制剂的治疗效果，使用了CA的实验兔模型（图5a）。使用Ce-ALG（H） 纳米制剂实现了相对较高的治疗效率，因为治疗后的CA眼恢复到几乎健康的状态，透明角膜证明了这一点（图5b）。临床观察表明，ALG 介导的纳米氧化铈的强大生物活性特性和β-1,3-葡聚糖的强大药理活性的协同作用促成了Ce-ALG（H）的有效性。

通过组织学检查评估体内治疗结果，用各种Ce-ALGs处理的角膜中观察到上皮厚度的明显增加（图5c）。免疫荧光染色进一步证明Ce-ALG纳米制剂通过抑制氧化应激和角膜炎症缓解CA的有效性（图5d）。

图5 各剂型的疗效观察

综上，本文开发了一种新型离子反应性滴眼液配方，该配方通过ALG对纳米颗粒的表面修饰实现了有效的治疗药物递送。ALG通过将钙离子整合到其多糖链中，可以采用蛋盒构象，显著提高β-1,3-葡聚糖的包封效率。局部应用单剂量的Ce-ALG(H)纳米制剂后，擦伤的角膜在受伤的上皮区域显示出完全的伤口愈合（约99%的减少）。总之，用ALG功能化Ce有望设计为离子反应性药物载体，增强对CA和其他眼前段疾病的治疗效果。

来源：EngineeringForLife一点号