水凝胶作为玻璃体替代物的流变学与理化性质优化及其在体外释放测试中的应用研究

为开发更精准的玻璃体替代物以模拟药物释放行为，研究人员系统评估了基于透明质酸(HA)、结冷胶(Gellan)-HA、HA-琼脂(agar)、羟丙甲纤维素(HPMC)和聚丙烯酰胺(PAA)的水凝胶流变特性。研究发现0.034% Gellan-0.264% HA和0.22% HA-0.09% agar凝胶能匹配猪玻璃体(PVB)的黏度(1.7 Pa·s)和损耗因子(0.21)，其pH(7.45-7.47)和渗透压(314-315 mOsmol/kg)亦符合生理标准，为构建体外药物测试模型奠定基础。

　　

随着人口老龄化加剧，年龄相关性眼后段疾病如黄斑变性发病率攀升，亟需开发新型玻璃体内给药系统。然而，现有玻璃体体外模型的关键瓶颈在于缺乏能精准模拟天然玻璃体理化特性的替代材料。天然玻璃体是由98%水分和胶原纤维-透明质酸(HA)网络构成的粘弹性凝胶，其独特的流变特性直接影响药物扩散行为。当前研究中，不同水凝胶作为玻璃体替代物的性能参差不齐，且缺乏系统性比较。为此，研究人员开展了一项突破性研究，通过多维度表征优化水凝胶配方，相关成果发表于《European Journal of Pharmaceutical Sciences》。

研究采用旋转流变仪(MCR 702e)测定动态黏度和振幅/频率扫描，结合pH计和渗透压仪分析理化性质。以新鲜猪玻璃体(PVB)为参照，系统测试了5类水凝胶：HA凝胶、Gellan-HA复合凝胶、HA-agar复合凝胶、HPMC凝胶和PAA凝胶。所有样品以优化磷酸盐缓冲液(oPBS)为基质，确保pH(7.47)和渗透压(307 mOsmol/kg)与生理条件一致。

3.1 PBS优化
通过调整NaCl(152 mM)和KCl(3 mM)浓度，使oPBS渗透压从278升至307 mOsmol/kg，完美匹配PVB(304 mOsmol/kg)和文献报道的人玻璃体数据(306 mOsmol/kg)。

3.2 PVB流变特性
振幅扫描显示PVB在0.1%剪切应变下损耗因子为0.21，线性粘弹区(LVER)延伸至0.3%应变，证实其以化学/物理交联为主的固体特性。频率扫描中损耗因子在2-5 Hz发生凝胶-溶胶转变，反映高分子量(2000-4000 kDa)HA-胶原网络特性。

3.3 HA凝胶局限性
0.9% HA凝胶虽能匹配PVB黏度(1.8 Pa·s)，但损耗因子高达2.66，表现为纯物理缠结的液体行为，与玻璃体网络结构不符。

3.4 Gellan-HA突破
0.034% Gellan-0.264% HA凝胶展现出完美平衡：黏度1.6 Pa·s、损耗因子0.20，LVER延伸至0.6%应变。频率扫描显示与PVB相似的网络解离频率(3 Hz)，表明类似的可逆物理交联机制。

3.5 HA-agar优势
0.22% HA-0.09% agar凝胶以0.21损耗因子精准复制PVB粘弹性，且LVER达10%应变，操作稳定性更佳。其pH(7.44)和渗透压(315 mOsmol/kg)均接近生理范围。

3.6-3.7 其他凝胶缺陷
HPMC凝胶损耗因子(0.46)偏高；PAA凝胶因自由基聚合不可控，黏度波动大(5.8-39 Pa·s)，且pH偏碱(7.86-7.90)。

这项研究首次在同一实验体系内完成五类水凝胶与天然玻璃体的直接对比，揭示Gellan-HA和HA-agar凝胶通过离子介导的物理交联网络，能最精准模拟玻璃体特性。特别值得注意的是，HA的添加呈现"双刃剑"效应：在Gellan/agar体系中通过调控比例可优化损耗因子，但在HPMC/PAA体系中反而破坏性能匹配。研究成果为构建标准化体外药物测试平台提供了关键材料基础，未来可进一步结合扩散实验验证其在缓释制剂评估中的应用价值。