热响应性无金属碳纳米点水凝胶：一种治疗眼表疾病的有效抗氧化疗法

为解决干眼病(DED)等眼表疾病中氧化应激导致的角膜损伤问题，研究人员开发了一种新型热响应性无金属碳纳米点(F-CD)水凝胶。该材料能高效清除OH·、O2?·和·DPPH等多种自由基，通过上调保护性基因、抑制凋亡通路，显著促进角膜上皮修复、增加杯状细胞数量并提升泪液分泌。其温敏特性可延长眼部滞留时间，为ROS相关眼表疾病治疗提供创新方案。

　　

眼睛是心灵的窗户，但全球8-34%的人群正饱受干眼病(DED)的困扰——泪膜不稳定、角膜上皮损伤、持续的灼烧感和视力模糊，这些症状背后隐藏着一个共同的"破坏分子"：活性氧自由基(ROS)。当眼表氧化-抗氧化系统失衡时，ROS会像失控的小恶魔般攻击泪液脂质层和神经髓鞘，进而引发炎症风暴和细胞凋亡。更棘手的是，传统滴眼液因角膜渗透性差、泪液冲刷等问题，实际到达靶点的药物不足5%，而金属基抗氧化剂又面临成本高、生物相容性差的困境。

针对这一临床痛点，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表了一项突破性研究。他们通过水热法将柠檬酸与肼缩合，开发出直径3-6 nm的氮掺杂碳纳米点(CDs)，其表面丰富的─NH₂和─OH基团赋予其超凡的自由基清除能力。更巧妙的是，团队将CDs与FDA批准的温敏材料Pluronic F127结合，创造出能在眼表37°C快速凝胶化的F-CD水凝胶，使药物滞留时间延长3倍以上。

研究采用四大关键技术：通过电子自旋共振(ESR)和ABTS法量化CDs清除OH·/O₂^?·的能力；建立高渗诱导的HCECs氧化应激模型评估线粒体膜电位(JC-1检测)和凋亡通路(流式细胞术)；采用BAC诱导的小鼠DED模型进行角膜荧光素染色评分和AS-OCT成像；通过RNA-seq分析差异表达基因如GLS、BAX等。

Synthesis and characterization of CDs and F-CD hydrogel
HRTEM显示CDs具有0.334 nm的石墨晶格间距，XPS证实其表面富含吡啶氮(Py-N)和石墨氮(G-N)活性位点。当反应温度升至200°C时，CDs对·DPPH的清除率可达90%，优于临床抗氧化剂NAC。

Antioxidant capacity evaluation of CDs in vitro
CDs能同步中和三类自由基：通过电子转移将O₂^?·转化为H₂O₂，其清除效能比未掺杂碳点提升3倍；ESR谱显示OH·信号强度下降82%，相当于每毫克CDs可保护10⁵个细胞免于高渗损伤。

Evaluation of the biocompatibility of CDs and F-CD
即便浓度达640 μg/ml，CDs仍保持HCECs存活率>80%。流式细胞术显示F-CD组早期凋亡细胞仅6.2%，显著低于阳性对照组(21.3%)。

Potential intracellular antioxidant stress mechanism of CDs
RNA-seq揭示CDs通过双重机制发挥作用：上调EGR1等保护基因促进修复；抑制TP53TG5等促氧化基因，使线粒体ROS降低67%。特别值得注意的是，CDs能下调铜死亡关键基因GLS，这可能是其保护角膜上皮细胞的新机制。

In vivo therapeutic effects on DED mice
在BAC诱导的DED小鼠中，F-CD组治疗2天即完全修复角膜缺损，而传统滴眼液组需4天。更惊人的是，F-CD使杯状细胞数量从14个/视野恢复至55个，泪液分泌量提升2.5倍，这些指标均超越NAC的治疗效果。

这项研究开创性地将纳米酶技术与眼科制剂相结合。F-CD水凝胶不仅解决了传统抗氧化剂生物利用度低的难题，其"一石三鸟"的作用机制——抗氧化、抗炎、抗凋亡，为ROS相关的眼表疾病治疗提供了全新范式。特别是通过调控线粒体途径稳定膜电位，使细胞获得持续抵抗氧化损伤的"内功"，这种效应在停药后仍能维持。未来通过优化给药频率，这种每天仅需1-2次的无金属疗法，或将成为数亿干眼患者的福音。