葡萄膜炎的緩釋治療給藥研究進展

朱 婷,徐達華,王曉琳,陳 梅,3

0引言

葡萄膜炎(uveitis)是指發生在葡萄膜、視網膜、視網膜血管以及玻璃體的炎癥,多見于青壯年,易反復發作、治療棘手,是一類常見的致盲性眼病。研究表明,我國葡萄膜炎患者的人均治療總費用為2179.03±3293.66元,人均住院總費用占比69.46%[1]。局部給藥仍是目前治療葡萄膜炎最常用的方法,但由于生物利用度低和角膜滲透性差,對于眼后段的炎癥治療效果欠佳;而全身給藥通常需要大劑量的藥物才能達到治療水平,這可能導致嚴重的全身副作用[2];玻璃體內短效給藥可向眼后段提供相對高濃度的藥物,是治療嚴重急性后葡萄膜炎和其他嚴重眼后節疾病的有效方法,然而存在玻璃體和視網膜出血、眼內炎、視網膜脫離、白內障進展加速、眼壓升高等潛在風險[3],長期隨診及頻繁有創注射更是對患者依從性提出了極大挑戰。眼睛是人類獨特的感覺器官,具有復雜而精密的解剖學和生理學特征,其受到從靜態(膜)到動態(血管)各種屏障的保護,雖然這些屏障非常有效地保護眼睛免受外源性物質的影響,但這種保護機制也成為給藥過程中的障礙[4-5]。如淚液中的蛋白質和多肽與藥物分子結合從而干擾其釋放和滲透[6]。對于親水性藥物,角膜上皮細胞層是限速層,而對于疏水性藥物,角膜基質層是限速層[7]。結膜富含血管,吸收藥物進入體循環,引起全身副作用[8]。藥物通過鞏膜時分子半徑代替極性起主要作用,但其下的脈絡膜血管化程度較高,不利于藥物的聚集和滲透。當然,血-視網膜屏障仍是眼局部藥物輸送的巨大障礙[9]。所以,如何克服眼部多重屏障,提高藥物遞送效率、研發新的眼部緩釋給藥系統,為葡萄膜炎等高發病率致盲性眼病提供有效的治療手段是亟待解決的難題。本文旨在對目前葡萄膜炎的緩釋給藥研究進展進行綜述。

1葡萄膜炎的緩釋治療給藥系統

1.1納米技術眼部藥物遞送系統由于角膜上皮細胞之間的緊密連接,藥物分子通過角膜的細胞旁轉運非常困難,故藥物通過眼表滲透的主要機制是經細胞途徑的被動擴散,這其中藥物在眼表的停留時間起關鍵作用。近年來,許多基于納米技術的眼部藥物遞送系統(drug delivery systems,DDS)被研發出來[10-14],既可延長藥物與眼表的接觸時間,又能使治療藥物濃度達到靶點。Rebibo等[11]學者設計了搭載他克莫司(FK506)的納米膠囊(nanocapsules,NCs),用于經角膜滴注給藥治療葡萄膜炎,為了研究出能夠穩定搭載足夠含量他克莫司的納米載體,該團隊對比了納米乳、納米微球、納米膠囊三種不同載體,通過體外角膜滲透試驗,表明NCs在延長藥物停留時間和促進藥物滲透到前房方面更具優勢。在大鼠角膜滴注NCs后,他克莫司在眼內的濃度很高,而血漿濃度很低,且在小鼠自身免疫性葡萄膜炎模型中顯示出臨床和組織學療效。Mahran等[10]選擇用油酸、非離子表面活性劑和丙二醇(propylene glycol,PG)分別作為油、表面活性劑和助表面活性劑,并將曲安奈德(triamcinolone acetonide,TA)摻入不同的物理化學性質穩定的微乳液配方中,成功制得搭載TA的微乳劑。體內研究顯示,與TA懸浮液局部應用或結膜下注射相比,該微乳劑對兔眼實驗性葡萄膜炎有顯著療效。Wong等[15]探討了聚乙二醇脂質體-水溶性類固醇治療實驗性葡萄膜炎的效果,在葡萄膜炎誘導后第4 d,通過31 G針頭向實驗性葡萄膜炎兔眼模型距角膜緣1.5 mm處1∶00位方向結膜下單次注射脂質體類固醇,結果發現單次結膜下注射脂質體類固醇可持續發揮抗炎作用,單次注射脂質體磷酸強的松持續抗炎2 wk與頻點1%醋酸強的松龍滴眼液2 wk效果相似,組織學和免疫染色證實脂質體在炎癥眼組織中持續存在至少1 mo。

雖然目前已有大量基于納米技術的眼部藥物遞送系統被研發,但通過眼表給藥治療眼后節疾病的研究成果并不樂觀,如何改善藥物生物活性,增強滲透,從而提高眼后段藥物濃度才是亟待解決的問題。

1.2細胞外囊泡載藥系統小細胞外囊泡(small extracellular vesicles,sev)是由不同細胞分泌的具有脂質膜的生物納米顆粒,其直徑在200 nm以下。它們是理想的藥物遞送載體,因為其具有顆粒小、生物相容性高、生物屏障穿透性好和免疫原性低等優點[16-17]。間充質干細胞分泌的小細胞外囊泡(msc-sev)具有促進組織再生、抑制自身免疫反應和保護神經元功能的作用,研究發現msc-sev可以改善大鼠的實驗性自身免疫性葡萄膜炎(experimental autoimmune uveitis,EAU)[18]。Li等[19]通過超聲將約10 μL雷帕霉素懸浮液載入msc-sev,并經結膜下注射用于治療EAU小鼠,證實其具有減輕EAU小鼠視網膜炎癥和保護視網膜結構的作用。細胞外囊泡的發現為眼部藥物傳遞提供了理想載體,但目前尚無體內外實驗證實此種遞送系統可以實現對藥物的長期緩釋,仍需要進一步研究。

1.3藥物洗脫隱形眼鏡葡萄膜炎患者需要長期頻繁眼藥水點眼治療,高頻率點藥加上眼藥水本身的毒副作用導致患者依從性差。長期以來,藥物洗脫隱形眼鏡(drug-eluting contact lenses)被視為持續眼部藥物輸送的更優解,但是在隱形眼鏡中附載足夠的藥物并控制藥物的緩慢釋放仍然是一個挑戰[20]。Bengani等[21]在實驗性兔眼模型中證明Dex-Lenses治療眼前部炎癥的安全性和有效性,有效抑制脂多糖誘導的兔眼前葡萄膜炎5 d。Dex-Lenses的療效與地塞米松滴眼液每小時點眼相似,且Dex-Lenses在實驗中顯示出良好的生物相容性,未出現毒性反應。研究表明,藥物洗脫隱形眼鏡可能是治療眼部炎癥的一種選擇,與傳統滴眼液相比,藥物洗脫隱形眼鏡延長了藥物與角膜的接觸時間,從而增加了藥物在角膜上皮的滲透。Xu等[22]綜述了藥物洗脫隱形眼鏡的最新研究進展,認為通過藥物洗脫隱形眼鏡將藥物遞送到眼后段既可以通過角膜途徑,也可以通過結膜-鞏膜途徑。眼藥水的角膜生物利用度低于5%,導致沒有足夠濃度的藥物能通過角膜途徑進入眼后段,但藥物洗脫隱形眼鏡理論上具有50%-70%的角膜生物利用度,可以提供足夠的藥物進入眼后段。

1.4晶狀體植入型藥物遞送系統治療性人工晶狀體(intraocular lens,IOL)通過藥物浸泡、分子印跡、超臨界浸漬、納米載體的摻入和儲層附著等方式搭載治療藥物[23],將IOL與藥物遞送系統(drug delivery systems,DDS)結合構成IOL-DDS,為治療眼內疾病實現微創且持續的藥物釋放。Eperon等[24]利用丙交酯和乙醇酸酯的50∶50聚合物加入環孢素A(ciclosporin A,CsA)或TA,對混合物進行渦流和超聲處理,分別用單層膜和雙層膜制備負載CsA或TA的DDS,最后固定于IOL上制得IOL-DDS,并將其植入實驗性兔眼葡萄膜炎模型,證實其可有效抑制眼內炎癥至少3 mo。Li等[25]利用定制的3D打印模具,研究出負載加替沙星(GAT)的IOL-DDS,其具有良好的藥物穩定性、釋放量和釋放速率,且體外和體內實驗均證實其良好的生物相容性,并可成功預防表皮葡萄球菌引起的感染性兔眼實驗性葡萄膜炎。IOL-DDS的開發確實為白內障手術后炎癥的長期治療開辟了新的可能,但其適用范圍有限,僅限于需要白內障手術的葡萄膜炎患者。

1.5微針給藥系統眼局部注射給藥是治療眼后節疾病的常用給藥方式,常見的給藥途徑包括結膜下、玻璃體內、球周等,但傳統的30 G注射針頭侵入性大,且作用時間短暫,針對葡萄膜炎等慢性眼部疾病往往需要頻繁注射,而微針(microneedles,MNs)可以成功克服這些缺點[26],既可越過眼部屏障實現對病變部位的靶向給藥,又可以持續遞送藥物,不需要反復注射[27-29]。目前用于眼部給藥的微米級針體主要有三種,即固體包被MNs、空心MNs和溶解性聚合物MNs。Gilger等[30]開發了一種通過脈絡膜上腔的空心MNs給藥方式,該研究使用豬眼模型評估TA-MNs在急性后葡萄膜炎中的作用,研究結果顯示利用MNs在脈絡膜上腔中注射0.2 mg TA與2.0 mg TA玻璃體腔注射一樣有效地減輕了急性眼部炎癥,而0.2 mg TA 玻璃體腔注射的效果較差,這可能是因為MNs將TA更有針對性地遞送到脈絡膜和視網膜,且實驗過程中未觀察到注射部位并發癥、急性眼壓升高或視網膜毒性。盡管如此,想要通過MNs給藥系統實現更長時間的藥物緩釋還需要研究出相協同的藥物儲存裝置,如MNs結合微型儲藥泵的藥物遞送系統。

1.6經鞏膜給藥

1.6.1微型泵-眼外儲存給藥系統Zhao等[2]將帶有導管的24 G針頭穿刺入兔眼Tenon囊,導管另一端連接自動輸注泵儲藥裝置,導管置入后拔出針頭,實現對急性葡萄膜炎兔眼模型的微創持續緩釋給藥地塞米松,誘導葡萄膜炎后初釋地塞米松(1.5 mg),持續緩釋地塞米松(0.5 mg)1 wk,10 h/d。Tenon囊是位于結膜和鞏膜外叢之間的一層由致密膠原蛋白組成的脆弱組織層,起源于角膜緣,延伸至視神經,不含血管組織,故藥物代謝慢,與鞏膜的接觸時間長,具有較好的緩釋藥物遞送前景,該研究結果顯示此裝置對兔眼嚴重急性葡萄膜炎模型表現出了優越的治療效果。

1.6.2植入式緩釋給藥裝置Ang等[31]利用復發性兔眼葡萄膜炎模型,探討載有醋酸潑尼松龍(prednisolone acetate,PA)的聚己內酯藥物緩釋微膜的治療效果,結果證實持續釋放PA的緩釋藥物微膜植入結膜下,可以有效抑制炎癥,且植入的生物可降解緩釋藥物微膜,具有良好的耐受性,不會引發過多的結膜下瘢痕。結膜下植入物可以有效規避玻璃體腔給藥的風險,且由于植入位置表淺,必要時方便移除。體外研究亦證實該緩釋藥物微膜可以實現60 d內0.12 mg/d PA的持續釋放,這相當于每2-3 h 1滴1%醋酸潑尼松龍滴眼液的療效。Barbosa Saliba等[32]將載有地塞米松的聚氨酯生物可降解薄片(dexamethasone-PUD,DX-PUD)植入內毒素(lipopolysaccharide,LPS)誘導的急性葡萄膜炎(experimental infective uveitis,EIU)大鼠模型的前部脈絡膜上腔,通過減少炎癥細胞浸潤、減少小膠質細胞或巨噬細胞活化、調節細胞因子表達,成功地抑制了EIU的進展。該研究還討論了空白的聚氨酯薄片(poly-urethane dispersion,PUD)可單獨調節細胞因子和趨化因子的表達,考慮PUD的降解產物可能具有抗炎潛力。

1.6.3經鞏膜被動擴散緩釋給藥Papangkorn等[33]研究了一種無創性的經鞏膜被動給藥器(Visulex applicator),該裝置由硅膠聚合物外殼和位于給藥器邊緣的環形白色海綿組成,給藥前需將藥物溶液裝入海綿中,海綿與鞏膜表面相接觸,利用藥物濃度梯度促進藥物通過鞏膜滲透。該項研究證實通過Visulex給藥系統給藥地塞米松磷酸鈉可以治療兔眼實驗性葡萄膜炎,在為期29 d的實驗中,各濃度組均表現出了良好的耐受性,但8%和15%的DSP-Visulex治療組被認為最安全有效。該裝置可減少滴眼液頻繁點眼、減少口服治療的全身副作用,并避免與玻璃體腔注射和眼周注射相關的嚴重風險,從而提高患者的依從性,但是高藥物濃度的載藥海綿與鞏膜長期接觸的安全性有待進一步驗證。

1.6.4經鞏膜離子導入離子導入是指通過低振幅電流的無創應用增強帶電藥物分子穿過生物膜(如皮膚、關節、眼球組織)的傳遞方式,藥物的遞送量與施加的電流(mA)呈正比,此外還與持續時間(min)和接觸的表面積有關,根據所需的藥物滲透動力學可選擇使用連續或脈沖導入[34]。Eyegate(Optis Group,Paris,France)和OcuPhor(IOMED,Salt Lake City,USA)是常見的兩種離子導入給藥裝置[35-38]。OcuPhor系統由藥物涂抹器、分散電極和電子離子導入劑量控制器組成。藥物涂抹器是一個小型硅膠外殼,其中包含銀-氯化銀油墨導電元件、用于吸收藥物的水凝膠墊,以及將導電元件連接到劑量控制器的小軟線。Eyegate則由一個接觸面積為0.5 cm2的環形硅膠探頭和一個13 mm的開口組成。另一種經鞏膜離子電泳裝置是Action公司開發的VisulexTM,其將藥物從設備輸送到鞏膜,再導入眼內,該裝置目前正處于治療前葡萄膜炎的Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗中,并正在研究治療其他眼后節疾病[39]。Patane等[40]利用兔眼探討經鞏膜離子導入磷酸地塞米松的藥物動力學和安全性,研究結果表明磷酸地塞米松可經鞏膜反復離子導入,可以安全用于需要長期或反復皮質類固醇治療的眼部炎癥。許多臨床前研究亦表明低電流的離子導入是安全的,不會引起眼部組織的病理性結構改變[38,40-42]。另有前瞻性、多中心的雙盲臨床試驗隨機選取非感染性葡萄膜炎患者40例40眼接受不同劑量的經鞏膜EGP-437(用于離子導入的磷酸地塞米松)離子導入治療,結果顯示有24例患者在第28 d時前房炎癥細胞評分降為0,且最小劑量組的效果似乎最好,藥代動力學結果顯示離子導入后地塞米松短期全身暴露量低,未觀察到皮質類固醇的全身副作用[43]。

一系列的動物模型和臨床試驗已經證明離子導入技術的可行性,但目前為止美國食品藥品監督管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準的離子導入設備并不多,該項技術相對缺乏臨床實踐,尚沒有一個公認的安全的治療標準,故需要進一步探討離子導入的原理,提高離子導入效率,降低臨床開發成本。

1.7玻璃體腔注射或植入給藥系統玻璃體腔注射可以避開血-視網膜屏障,使眼后段迅速達到有效藥物濃度,但隨著藥物在玻璃體腔的代謝,患者只能接受長期反復注射,易導致眼內炎、出血、白內障、視網膜脫離等并發癥,所以研究者希望設計出能在玻璃體腔內停留時間更長,給藥頻率更低,治療效果更持久的玻璃體腔植入物[44]。Retisert?是第一種負載皮質類固醇的玻璃體腔植入物,搭載醋酸氟西諾酮0.59 mg,2005年獲得FDA批準用于治療眼后段的慢性非感染性葡萄膜炎。該植入物在30 mo的療效觀察中,初始藥物釋放率為0.6 μg/d,第1 mo的穩態釋放率為0.3-0.46 μg/d[45],但該植入物僅一端植入到玻璃體內另一端需要縫合固定在鞏膜表面,這推動了研究者們對無縫線植入物的研究[46-48]。IluvienTM是一種不可降解的自由漂浮式植入物,其是一個由聚酰亞胺制成的圓柱形管狀植入物,載有0.19 mg氟西諾酮,借助于25 G推注器植入玻璃體腔,無需縫線即可自行閉合,植入后18-36 mo持續低劑量釋放氟西諾酮0.24-0.35 μg/d[49-50],但該植入物不可生物降解,藥物緩釋完全后,部分患者需要手術取出聚酰亞胺圓柱管。所以,可生物降解的玻璃體腔植入物被研發出來,Ozurdex?是一種完全可生物降解的棒狀種植體,通過NOVADUR 固體聚合物系統釋放地塞米松,其由含700 μg微?；厝姿傻木廴樗?羥基乙酸共聚物組成,通過22 G的預置注射器經睫狀體平坦部注入玻璃體腔,可持續釋放地塞米松達3-6 mo[51],在2010年被批準用于治療非感染性眼部炎癥或葡萄膜炎。從靜態植入物到自由浮動植入物,從不可生物降解植入物到生物完全降解植入物,玻璃體腔注射或植入給藥系統的研發在最近10 a實現了質的飛躍。但研究者們仍然致力于探討如何更進一步延長藥物緩釋時間,使可生物降解載體的降解速率與藥物釋放更趨一致,可以預見,生物可降解性玻璃體腔植入物仍然是未來的研發熱點。

2小結與展望

葡萄膜炎的治療旨在消除炎癥,避免視力損害。皮質類固醇是治療葡萄膜炎的主要藥物,但皮質類固醇治療的副作用也是有據可查的,包括白內障、高眼壓等。為了避免這些副作用,人們對不含類固醇的抗炎藥物進行了大量研究[52],包括免疫抑制劑和免疫調節劑。免疫抑制藥物如甲氨蝶呤、硫唑嘌呤和霉酚酸酯是常用的抗代謝藥物,環磷酰胺和氯霉素是常用的烷基化劑。FK506、托珠單抗、英夫利昔單抗、阿達木單抗等生物制劑均屬于免疫調節藥物,這些藥物在眼部的遞送均須經過多重眼部屏障。因此,葡萄膜炎的治療需通過多種不同的給藥途徑、使用多種載藥技術實現對病變部位的長期緩釋給藥[53]。葡萄膜炎的治療部位主要在視網膜或脈絡膜,但是目前尚沒有一個成熟的眼部藥物遞送系統可以直接向其持續輸送藥物,主要選擇在其鄰近組織釋放藥物,如在玻璃體腔釋放藥物、經鞏膜釋放藥物、脈絡膜上腔釋放藥物、眼表局部釋放藥物等[48,54-55]。目前納米制劑的眼周局部靶向給藥被提倡[10-11],但通過鞏膜等非角膜途徑的藥物釋放率仍然很低[56-57]。

本文綜述了近年來葡萄膜炎緩釋治療給藥的研究進展,隨著大家對葡萄膜炎發病機制和免疫生物學的進一步了解,越來越多的眼部緩釋給藥系統被探索(圖1)。該領域未來發展的主要目標是提高藥物的生物利用度,延長藥物緩釋時間,減少毒性反應,從而提高患者的依從性。這就為研究者們提出了以下難點:(1)如何實現對病變部位的更加微創和靶向給藥;(2)可降解藥物載體的降解速度必須與藥物釋放速度同步;(3)藥物的持續釋放時間可根據各類葡萄膜炎的病程特點實現個性化設計。相信不久的將來,這些給藥系統都將得到改進和創新,幫助葡萄膜炎患者減輕痛苦。