综述：阴道环境中疾病靶向的药物和治疗递送：数学建模视角

这篇综述系统探讨了阴道药物递送系统（DDS）在复杂阴道环境中的挑战与优化策略，涵盖扩散-反应动力学、微生物互作及生物力学模型，为靶向女性生殖道疾病（FRT）的递送设计提供数学建模（如质量守恒、流变学分析）与实验结合的创新思路。

　　

Abstract

阴道局部药物递送面临独特挑战：解剖结构动态变化、微生物生态系统复杂以及机械力干扰。健康阴道以乳酸杆菌（pH 3.8-4.4）为主导，而失调（如细菌性阴道病BV）会导致病原体（如Gardnerella vaginalis
）增殖，增加HIV/HPV感染风险。现有递送系统（凝胶、阴道环IVR、薄膜）需平衡药物释放动力学与阴道流体（CVF）的剪切稀变性——静止时高粘度滞留，应力下低粘度扩散。数学建模通过量化扩散、溶胀、机械压缩等交互作用，优化DDS几何与材料（如硅胶IVR的3D打印设计），显著减少传统试错成本。

Introduction

阴道为6-15 cm的弹性管道，上皮厚度0.10-0.70 mm，受雌激素调控。关键屏障包括：

1. CVF动态：含95%水的非牛顿流体，月经期pH升至7.3，需24-48小时恢复酸性；
2. 微生物互作：乳酸杆菌通过乳酸抑制病原体，而BV患者中厌氧菌过度生长；
3. 动物模型局限：啮齿类阴道pH 6.0-8.0，缺乏人类单宫颈结构，限制DDS转化研究。

疾病背景

• 感染：BV复发率50-70%，与HPV持续感染相关；HIV预防需长效递送（如28天释药的islatravir IVR）；
• 癌症：90.6%宫颈癌与HPV相关，PARP抑制剂（如Olaparib）用于卵巢癌维持治疗。

DDS设计机制

1. 扩散控制型：
   • 凝胶（丙二醇基）快速释放，但易被CVF清除；
   • IVR（硅胶/PCL）通过疏水性延长释放，抗径向压缩；
2. 溶解控制型：
   • 阴道片剂（如地喹氯铵）局部高浓度杀菌，与益生菌联用降低pH。

建模突破

• 质量守恒模型：耦合药物扩散与上皮渗透，预测时空浓度；
• 微生物动力学：量化乳酸杆菌与Gardnerella
  竞争，优化益生菌递送；
• 流变学分析：模拟CVF剪切稀变对薄膜贴附的影响，指导亲水材料选择。

挑战与展望

当前模型简化了阴道异质性（如pH梯度），未来需整合个体化参数（如绝经后pH 6.5-7.0）与AI优化。3D打印和电纺纤维（如PLGA载griffithsin）为HIV预防提供新方向。

Conclusion

数学建模通过解构阴道复杂生理网络，加速了从BV到癌症的靶向DDS开发，其与实证研究的协同将推动女性健康领域突破。