分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡的研究現(xiàn)狀

徐江寧 綜述 周通 審校

重慶醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校，重慶 401331

目前，眼表面給藥是主要的眼部給藥途徑，其藥物劑型主要有滴眼液和眼膏劑。其中，60%以上的眼用制劑為滴眼液。由于眼睛的解剖結(jié)構(gòu)和生理功能(眨眼、淚液稀釋、淚液洗脫、鼻淚管引流等)，滴眼液的生物利用度不到5%。為了達(dá)到足夠的藥物濃度并保持一定的時(shí)間，需要高頻率點(diǎn)用高濃度藥物。然而，高頻率的點(diǎn)眼會(huì)降低患者的依從性，而且高濃度的藥物通過鼻腔和結(jié)膜吸收進(jìn)入體循環(huán)，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的不良反應(yīng)。載藥角膜接觸鏡能夠克服這些缺陷，有望作為新的眼部給藥系統(tǒng)。角膜接觸鏡是一種特殊的眼科醫(yī)療器具。載藥角膜接觸鏡，就是利用角膜接觸鏡作為載體，將特定的藥物傳遞至眼表。

載藥角膜接觸鏡的發(fā)展主要依賴于水凝膠角膜接觸鏡的出現(xiàn)。研究初期，角膜接觸鏡負(fù)載藥物的方法是浸泡法，即通過將水凝膠角膜接觸鏡浸泡在藥物溶液中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的負(fù)載，當(dāng)患者配戴角膜接觸鏡時(shí)，負(fù)載的藥物就逐漸被釋放。這種方法簡(jiǎn)便易行，并且與滴眼液相比，能夠增加藥物的生物利用度。然而，其載藥量較低，藥物釋放時(shí)間短，通常在1～3 h內(nèi)完成釋放，因此并未應(yīng)用于臨床實(shí)踐中。在隨后的研究中，提高載藥角膜接觸鏡的藥物載量以及延長藥物釋放時(shí)間成為了載藥角膜接觸鏡研究和開發(fā)的主要焦點(diǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前已有多種方法能夠顯著延長載藥角膜接觸鏡的藥物釋放時(shí)間，包括分子印跡技術(shù)(molecular imprinting technique，MIT)、引入維生素E屏障、植入載藥的納米載體等。其中，MIT在提高藥物裝載量、延長藥物釋放時(shí)間以及控制藥物釋放速度等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且能夠應(yīng)用于不同種類的藥物，因此被認(rèn)為是提高載藥角膜接觸鏡藥物裝載量和延長藥物釋放時(shí)間的有前景、通用的方法之一。故此，本文就分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MIT概述

MIT是以特定的目標(biāo)分子(模板分子)為模板，合成對(duì)該分子具有選擇識(shí)別性能的高分子聚合物的技術(shù)。通過MIT制備的高分子聚合物，被稱為分子印跡聚合物(molecularly imprinted polymers，MIP)。合成MIP的試劑主要包括模板分子、功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和溶劑(致孔劑)。功能單體與待識(shí)別的模板分子發(fā)生作用，形成功能單體-模板分子復(fù)合物；交聯(lián)劑與功能單體交聯(lián)，維持MIP的剛性結(jié)構(gòu)；引發(fā)劑用于引發(fā)聚合反應(yīng)；致孔劑用來溶解試劑，并在聚合物網(wǎng)格中產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)。MIP的制備一般包括3個(gè)步驟：(1)形成功能單體-模板分子復(fù)合物 根據(jù)模板分子選擇合適的功能單體，并在致孔劑中使功能單體與模板分子通過氫鍵、靜電、配位或共價(jià)鍵的作用結(jié)合形成功能單體-模板分子復(fù)合物；(2)進(jìn)行聚合反應(yīng) 加入適當(dāng)?shù)慕宦?lián)劑，在引發(fā)劑的作用下引發(fā)功能單體進(jìn)行光聚合或熱聚合形成聚合物，從而將功能單體-模板分子復(fù)合物固定在聚合物的立體結(jié)構(gòu)中；(3)去除模板分子 采用物理或化學(xué)方法將模板分子從所得聚合物中洗脫除去。這樣便在原來模板分子所占據(jù)的空間位置和結(jié)構(gòu)處遺留下一個(gè)三維空穴，該空穴在空間大小、形狀和化學(xué)作用方面與模板分子相匹配。因此，合成的MIP對(duì)模板分子有記憶功能，能夠特異性識(shí)別和重新結(jié)合模板分子。MIP具有構(gòu)效預(yù)定性、特異識(shí)別性以及廣泛實(shí)用性等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于化合物分離與富集、模擬酶催化、藥物手性分離、藥物控制釋放等諸多研究領(lǐng)域。

2 分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡

分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡是采用MIP水凝膠材料制造的角膜接觸鏡。分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡保留能對(duì)模板藥物分子特異性識(shí)別和結(jié)合的三維空穴，提高角膜接觸鏡對(duì)模板藥物的親和力，減緩藥物的擴(kuò)散速度。為了制備出有效的分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡，必須考慮到以下幾個(gè)因素：(1)功能單體的種類 功能單體必須能夠通過氫鍵、離子相互作用、疏水相互作用或共價(jià)鍵等作用方式與模板藥物分子發(fā)生相互作用。此外，功能單體還必須與水凝膠接觸鏡的成分相兼容。目前，被用來制備分子印跡水凝膠的功能單體有丙烯酸(acrylic acid，AA)、甲基丙烯酸(methacrylic acid，MAA)、丙烯酰胺(acrylamide，AM)、甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate，MMA)和N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinyl pyrrolidone，NVP)等。通常，同時(shí)應(yīng)用不同種類的功能單體比單一種類的功能單體更能有效控制分子印跡水凝膠的藥物釋放。(2)功能單體與模板分子的比例(M/T) M/T會(huì)顯著影響分子印跡水凝膠對(duì)模板藥物分子的識(shí)別與結(jié)合能力，M/T太高，過量的功能單體則隨意分布在聚合物水凝膠中，使分子印跡水凝膠具有較高的非特異性結(jié)合能力，選擇性能降低；M/T太低，則沒有足夠的功能單體與模板藥物相結(jié)合，從而使結(jié)合能力下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物特異性識(shí)別與有效的結(jié)合，必須要有合適的M/T。(3)交聯(lián)劑濃度 較高的交聯(lián)劑濃度能夠提高M(jìn)IP的交聯(lián)度，增強(qiáng)聚合物的剛性，有利于保持識(shí)別空穴的穩(wěn)定性。但是，較高的交聯(lián)度會(huì)降低水凝膠角膜接觸鏡的透明度、含水量和柔韌性，從而影響患者配戴的舒適性。相對(duì)于一般的MIP而言，分子印跡水凝膠接觸鏡的交聯(lián)程度要低很多。在制備分子印跡水凝膠接觸鏡時(shí)，交聯(lián)劑濃度最好控制在5%以內(nèi)。

3 分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡在傳遞眼科藥物中的應(yīng)用

目前，分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡已成功應(yīng)用于多種眼科藥物傳遞，包括β-受體阻斷劑(噻嗎洛爾)、抗菌藥(諾氟沙星、環(huán)丙沙星)、組胺受體拮抗劑(富馬酸酮替芬)、非甾體類抗炎藥(雙氯芬酸鈉)等藥物。但目前相關(guān)研究多停留在體外研究，只有少數(shù)為在體研究(表1)。在體、體外研究均表明，與非印跡水凝膠接觸鏡相比，分子印跡水凝膠接觸鏡能夠顯著增加藥物裝載量和延長藥物釋放時(shí)間。

表1 分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡的在體研究接觸鏡組成直徑和厚度傳遞藥物動(dòng)物模型藥物負(fù)載量(μg/lens)淚液中藥物有效濃度保持時(shí)間參考文獻(xiàn)poly(DEAA-co-MAA-co-EGDMA)直徑:14 mm;中央厚度:80 μm噻嗎洛爾白化兔34180 min[21]poly (HEMA-co-AA-co-AM-co-NVP-co-PEG200DMA)直徑:11.8 mm;厚度:(100±5)μm富馬酸酮替芬新西蘭白兔115±1026 h[22]poly (HEMA-co-TRIS-co-AA-co-EGDMA)中央厚度:61-64 μm環(huán)丙沙星新西蘭白兔角膜炎模型(1 133±264)-(1 509±291)>8 h[23] 注:DEAA:N,N-二乙基-2-丙烯酰胺;MAA:甲基丙烯酸;EGDMA:二甲基丙烯酸乙二醇酯;HEMA:甲基丙烯酸-2-羥基乙酯;AA:丙烯酸;AM:丙烯酰胺;NVP:N-乙烯基吡咯烷酮;PEG:聚乙二醇

3.1 噻嗎洛爾

噻嗎洛爾是一種非選擇性β受體阻斷劑，一直是臨床上治療青光眼的主要藥物之一。常用的給藥方式是噻嗎洛爾滴眼液點(diǎn)眼，存在生物利用度低、需要頻繁給藥等缺點(diǎn)，其應(yīng)用受到一定的影響。Alvarez-Lorenzo等采用MIT，以二甲基丙烯酸乙二醇酯(ethylene dimethacrylate，EGDMA)為交聯(lián)劑、偶氮二異丁腈(azobisisobutyronitrile，AIBN)為引發(fā)劑、噻嗎洛爾為模板分子、MAA或MMA為功能單體合成了poly(HEMA-co-MAA)以及poly(HEMA-co-MMA)水凝膠接觸鏡；將該水凝膠接觸鏡分別放置于0.9%氯化鈉溶液、磷酸鹽緩沖液(pH7.4)和人工淚液中，發(fā)現(xiàn)水凝膠接觸鏡的溶脹行為和對(duì)噻嗎洛爾的緩釋行為均符合Fick動(dòng)力學(xué)模型；以MAA作為功能單體制備的分子印跡水凝膠接觸鏡能夠?qū)⑧鐔崧鍫柕呢?fù)載能力提高到有效治療水平，并保持適當(dāng)?shù)尼尫盘卣?；與非印跡水凝膠接觸鏡相比，該分子印跡水凝膠接觸鏡能夠顯著提高藥物裝載量和緩釋性能。在Hiratani等開展的一項(xiàng)在體研究中，以N,N-二乙基-2-丙烯酰胺(N,N-diethyl-2-acrylamide，DEAA)為骨架單體，MAA為功能單體，噻嗎洛爾為模板藥物，EGDMA為交聯(lián)劑制備成直徑為14 mm，中央厚度為0.08 mm的分子印跡水凝膠接觸鏡，并以對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡和滴眼液為對(duì)照組；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分子印跡水凝膠接觸鏡的藥物負(fù)載量為34 μg，明顯高于對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡的21 μg，且噻嗎洛爾有效濃度的保持時(shí)間比非印跡水凝膠接觸鏡或滴眼液長2～3倍；此外，兔眼淚液噻嗎洛爾濃度-時(shí)間曲線下面積是對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡的3.3倍，滴眼液的8.7倍。

3.2 抗菌藥

諾氟沙星和環(huán)丙沙星屬于喹諾酮類抗菌藥物，臨床上常用諾氟沙星滴眼劑和環(huán)丙沙星滴眼劑治療細(xì)菌感染性眼表疾病。Alvarez-Lorenzo等以諾氟沙星為模板分子，AA為功能單體，EGDMA為交聯(lián)劑，甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate，HEMA)為骨架單體，采用MIT合成水凝膠接觸鏡；其負(fù)載諾氟沙星的能力是對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡的300倍，并且可以在人工淚液中持續(xù)釋放藥物超過24 h。Kioomars等以環(huán)丙沙星為模板分子，MAA為功能單體，EGDMA為交聯(lián)劑，HEMA為骨架單體合成分子印跡水凝膠接觸鏡，并在生理鹽水和人工淚液中評(píng)估其釋放特征；研究發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)的M/T摩爾比為16∶ 1和20∶ 1，與對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡相比，合成的環(huán)丙沙星印跡水凝膠接觸鏡能夠增加31%～41%的藥物負(fù)載量，而且藥物釋放速度更慢，體外抗菌活性更高。伏立康唑是一種咪唑類抗真菌藥物，可用于治療真菌性角膜炎。Huang等構(gòu)建了包含殼聚糖季銨鹽、納米銀、氧化石墨烯和伏立康唑的水凝膠接觸鏡，并經(jīng)在體和體外實(shí)驗(yàn)均證實(shí)該接觸鏡有較好的抑制真菌作用。Abouelatta等以伏立康唑?yàn)槟０宸肿樱珹M、MMA為功能單體，EGDMA為交聯(lián)劑合成分子印跡膠原膜，該分子印跡膠原膜較對(duì)應(yīng)的非印跡膠原膜增加了藥物負(fù)載量，并經(jīng)在體試驗(yàn)結(jié)果表明，與伏立康唑滴眼液相比，生物利用度增加7.53倍。

3.3 富馬酸酮替芬

富馬酸酮替芬為組胺H受體拮抗藥，臨床用于治療變應(yīng)性結(jié)膜炎。Venkatesh等應(yīng)用MIT合成了能夠特異性識(shí)別富馬酸酮替芬的poly(AA-co-AM-co-NVP-co-HEMA-co-PEG200DMA)水凝膠材料，該材料的光學(xué)性能和機(jī)械性能與傳統(tǒng)角膜接觸鏡相同。采用該材料制備的角膜接觸鏡負(fù)載富馬酸酮替芬的能力比對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠高6倍，其在人工淚液中能持續(xù)釋放藥物達(dá)到5 d；該研究還發(fā)現(xiàn)采用較多種類的功能單體的分子印跡水凝膠角膜接觸鏡比采用較少種類的功能單體更能提高藥物負(fù)載量。Ali等采用一種能夠模擬淚液體積、淚液成分以及淚液流速的微流體裝置研究藥物體外釋放動(dòng)力學(xué)，并用該裝置證實(shí)了具有多種功能單體的分子印跡水凝膠接觸鏡的良好緩釋性能；其以富馬酸酮替芬為模板分子，采用MIT合成的分子印跡水凝膠在生理淚液流速下，能夠持續(xù)釋放富馬酸酮替芬3.5 d，且釋放過程符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)。在Tieppo等開展的一項(xiàng)在體研究中，通過MIT制備成的poly(HEMA-co-AA-co-AM-co-NVP-co-PEG200DMA)直徑11.8 mm、厚度(100±5)μm水凝膠接觸鏡，能夠?qū)⑿挛魈m白兔淚液的富馬酸酮替芬濃度維持在(170±30)μg/ml，長達(dá)26 h。與滴眼劑和對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡相比，富馬酸酮替芬在眼部的平均滯留時(shí)間和生物利用度顯著增加。應(yīng)用分子印跡水凝膠接觸鏡，富馬酸酮替芬在眼部的平均滯留時(shí)間為(12.47±3.99)h，分別是對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡和0.035%滴眼劑的4倍和50倍。

3.4 雙氯芬酸鈉

雙氯芬酸鈉屬于非甾體抗炎鎮(zhèn)痛類藥物，可用于治療葡萄膜炎、角膜炎、鞏膜炎等炎癥，抑制角膜新生血管的形成。Vaughan等應(yīng)用MIT合成了能夠識(shí)別雙氯芬酸鈉的poly(DEAEM-co-HEMA-co-PEG200DMA)水凝膠，其負(fù)載雙氯芬酸鈉的能力和在人工淚液中持續(xù)釋放雙氯芬酸鈉的時(shí)間分別比對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡高出2.69倍和4倍。

3.5 其他藥物

分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡除了應(yīng)用于傳遞上述眼科藥物以外，還被用于傳遞多種其他藥物，如透明質(zhì)酸、奧洛他定、醋酸潑尼松龍、硫酸多粘菌素B、乙酰唑胺、多佐胺、溴莫尼定、莫西沙星、氟米龍等藥物。與對(duì)應(yīng)的非印跡水凝膠接觸鏡相比，分子印跡水凝膠接觸鏡能夠顯著增加這些藥物的裝載量和延長藥物釋放時(shí)間。

4 存在的不足

雖然有關(guān)分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡的研究取得了很大的進(jìn)展，克服了對(duì)接觸鏡含水量、透明度、柔韌性等的影響，但仍然還存在著一定的不足，主要包括：(1)載藥特異性 通常一種分子印跡水凝膠接觸鏡只能特異性地負(fù)載一種目標(biāo)藥物，而不能同時(shí)負(fù)載多種藥物，這可能會(huì)限制其商業(yè)化的潛力；(2)技術(shù)路線復(fù)雜 若要制備出有效的分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡，必須根據(jù)目標(biāo)藥物選擇合適的骨架單體種類、功能單體種類和濃度以及交聯(lián)劑濃度。這需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，才能確定出最佳的組成成分和比例；(3)載藥角膜接觸鏡比較適合眼前節(jié)給藥，較難實(shí)現(xiàn)眼后節(jié)給藥；(4)藥物釋放后，接觸鏡的結(jié)構(gòu)或形狀可能會(huì)發(fā)生變化。

5 結(jié)語

早期采用MIT制備的載藥角膜接觸鏡，其厚度和含水量等特性不能滿足臨床要求。而現(xiàn)在，分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡克服了這些缺陷，能夠具有與商品化的角膜接觸鏡類似的厚度、含水量、光學(xué)性能和機(jī)械性能。雖然市面上尚無商品化的載藥角膜接觸鏡，但是根據(jù)現(xiàn)有研究成果，可以預(yù)測(cè)分子印跡水凝膠載藥角膜接觸鏡具有良好的應(yīng)用前景。今后，需要開展更多的在體實(shí)驗(yàn)和臨床研究來推動(dòng)其臨床應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)眼科藥物的有效傳遞。

利益沖突