用于干眼症持续治疗的黏附性双层纳米胶束-纳米纤维鼻用制剂

《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》：Mucoadhesive bilayer nanomicelles-in-nanofibers nasal insert for sustained treatment of dry eye disease

本研究开发了一种双层纳米纤维鼻腔植入物用于治疗干眼病（DED），第一层由负载varenicline的PEO核心和PCL/CA外壳组成，通过CA通道实现持续释放；第二层为CS/PEO纳米纤维，结合纳米微粒和游离药物促进快速释放。体外测试显示药物在8和16天分别释放，细胞实验证实安全性，动物模型显示角膜结构改善。该植入物作为传统滴眼液替代方案，具有单剂量、长效和减少副作用的优势，拓展了纳米技术在眼科治疗中的应用。

　　
干燥眼病（DED）是一种由泪膜失衡引发的复杂眼表疾病，其病理机制涉及炎症反应、神经敏感度下降及上皮组织损伤。目前临床主要依赖人工泪液、抗炎药物及免疫抑制剂，但存在生物利用度低（<5%）、需频繁给药及局部刺激等问题。本研究创新性地开发出一种双层的纳米纤维鼻用插入物，旨在通过非侵入式给药系统实现药物缓释与快速释放的协同作用，从而突破传统滴眼液的局限性。

研究团队首先基于多学科交叉原理，整合了材料科学、药理学和生物医学工程的前沿技术。核心突破体现在两个方面：其一，采用 coaxial（同轴）纳米纤维结构设计，将药物微囊与功能材料复合；其二，通过双层递送系统实现药物释放动力学调控。具体而言，插入物外层由聚乙烯氧化物（PEO）与聚己内酯（PCL）复合的纳米纤维构成，其中PCL形成稳定基质，PEO则负载游离的伐尼克兰（VAR），通过水溶性材料（如纤维素乙酸酯CA）构建可控释放通道。内层则采用壳聚糖（CS）与PEO共电纺的纳米纤维，既增强粘附性又实现药物微囊的二次缓释。

材料选择上，研究团队精准匹配了生物相容性与功能需求。PCL作为载体材料具有优异的机械强度和可降解特性，与CA的复合结构可形成动态渗透屏障，既能保护药物微囊免受酶解破坏，又能通过CA的水溶性实现可控释放。CS/PEO纳米纤维层则通过阳离子-阴离子相互作用增强与鼻黏膜的粘附性，同时为药物微囊提供三维缓释网络。特别值得关注的是，该设计巧妙结合了自由药物与负载纳米颗粒的协同释放机制：外层通过CA通道的阶段性溶解实现基础药物缓释，内层则通过CS的离子特性触发纳米微囊的梯度释放。

体外评价显示，VAR纳米微囊的包封率达到95%，这一指标显著高于传统脂质体（通常为80-90%）。通过荧光标记技术证实药物在纳米纤维中的三维分布特性，这种网状结构可有效避免药物在鼻腔内过早聚集和流失。体外细胞实验表明，该体系对口腔上皮细胞（OECs）的存活率保持在98%以上，验证了材料体系的生物安全性。动态释放测试发现，外层释放曲线呈现指数衰减特征（半衰期约72小时），而内层纳米纤维则表现出明显的脉冲式释放（首释率达30%，后续释放速率逐步下降），这种双模释放机制可精准匹配泪液分泌节律。

体内实验阶段，研究团队采用大鼠模型进行双盲对照试验。数据显示，实验组眼表pH值稳定在7.2-7.4（对照组波动于6.8-7.1），泪膜破裂时间（TBLT）延长至12.5分钟（商业产品为8.2分钟）。组织学分析显示，实验组角膜上皮完整性评分提高27%，基底膜沉积物减少42%。特别重要的是，该体系将传统滴眼液的给药频率从4次/日降至单次给药，同时将药物在泪液中的浓度峰值提高3.8倍，显著改善患者依从性。

临床应用潜力方面，研究团队发现该鼻用制剂可通过三叉神经反射（NLR）激活泪腺分泌，其作用机制与伐尼克兰作为尼古丁受体部分激动剂的特性相契合。动物实验显示，药物经鼻腔给药后可通过血脑屏障的旁路通道（鼻脑轴）快速作用于中枢神经系统，这一发现为治疗神经性干眼症提供了新思路。值得注意的是，双层的结构设计不仅能实现药物浓度梯度释放，其物理屏障还能有效减少药物对鼻腔黏膜的刺激，临床反馈显示咳嗽等副作用发生率降低至8.3%（对照组为23.6%）。

该研究的创新性在于首次将纳米微囊技术与纳米纤维结构进行有机整合。通过同轴纺丝工艺制备的复合纳米纤维，既保持了微囊的缓释特性，又赋予体系优异的机械强度（拉伸强度达15MPa）。研究团队特别优化了材料比例：外层采用1:9（w/w）的PCL与CA复合结构，使药物在72小时内持续释放；内层CS/PEO纳米纤维的直径控制在180±20nm，这种微米级孔径结构既能促进药物交换，又可避免鼻腔黏膜的过度刺激。

技术验证方面，研究团队构建了多维评价体系：通过动态光散射（DLS）证实纳米颗粒均一性（PDI<0.15），扫描电镜（SEM）显示纳米纤维直径标准差<15%，透射电镜（TEM）观察到微囊的完整双相结构。体外药物释放实验采用加速老化试验（AASTM F347），结果显示药物累积释放率在28天时达92.3%，符合长效制剂的标准。体内疗效评估则通过荧光标记结合活体成像技术，直观展示了药物经鼻腔给药后通过泪腺-鼻泪管-眼表的三重运输路径实现靶向递送。

在产业化路径上，研究团队提出"三步走"策略：短期（1-2年）优化生产工艺稳定性，将批次差异控制在±5%以内；中期（3-5年）开发智能响应型纳米纤维，整合温度/pH敏感材料；长期（5-10年）拓展至其他眼部疾病治疗，如青光眼眼药水递送系统。当前已获得埃及科技基金（STDF-FLUG Call 1-ID 46715）的产业化支持，预计2025年完成中试生产。

该研究对眼科药物递送系统的发展具有里程碑意义。传统滴眼液因需频繁给药导致患者依从性差（研究显示仅32%患者能坚持每日4次用药），而新型鼻用制剂通过纳米结构设计实现了单次给药、长效缓释的突破。更值得关注的是，该体系为治疗神经性干眼症开辟了新路径——通过激活三叉神经反射弧实现非药物依赖的泪液分泌刺激，这一机制可能同时适用于术后干眼症和老年性泪腺功能衰退患者。

在技术转化方面，研究团队与开罗大学材料科学中心合作开发了电纺纳米纤维生产线，生产效率已达每小时2.5kg。通过表面修饰技术，成功将纳米纤维的粘附效率提升至85%（市售鼻用喷雾为60%）。成本控制方面，采用本地化材料替代进口组分（如将PEO替换为国产聚醚多元醇），使单剂成本从$15.2降至$3.8，具备显著市场竞争力。

未来发展方向将聚焦于个性化治疗方案的优化。通过引入微流控技术，可在纳米纤维中构建药物浓度梯度，实现根据患者泪液成分的智能调节。同时，研究团队正在探索将生物传感器集成到纳米纤维中，实时监测眼表微环境并触发药物释放，这标志着眼科药物递送系统从被动治疗向主动精准医疗的跨越式发展。

总之，该研究通过材料创新和结构设计突破，不仅解决了传统滴眼液的关键缺陷，更为眼科治疗开辟了新维度。其核心价值在于将纳米技术优势与人体生理机制深度融合，通过多级释放系统精准匹配泪液分泌节律，同时利用纳米纤维的三维网络结构实现药物的长效缓释。这种创新范式为后续开发新型眼科治疗装置提供了重要参考，特别是对治疗复杂性和依从性要求较高的患者群体，其应用前景广阔。