基于结冷胶流体凝胶的眼用制剂：通过调控TGFβ1吸收与剪切力保护促进角膜无瘢痕愈合

研究人员针对角膜损伤后纤维化难题，开发了结冷胶(gellan)流体凝胶眼用制剂。通过调控聚合物浓度(0.2-1% w/w)和剪切速率(600-1200 RPM)，优化了具有剪切稀化特性的流体凝胶体系。研究发现1%结冷胶流体凝胶能吸收87% TGFβ1（15分钟内），显著抑制角膜成纤维细胞中ACTA2、COL1A1等促纤维化基因表达，其粘度(22.6 Pa·s)比商业滴眼液高2个数量级，同时保持良好滴出性。该研究为无药物干预的角膜抗纤维化治疗提供了新策略。

　　

眼睛作为人体最精密的器官之一，角膜的透明性对视力至关重要。然而在日常生活中，微生物感染、外伤等因素常导致角膜损伤，随之而来的纤维化反应会形成永久性瘢痕，全球每年有数百万人因此视力受损。当前临床主要依赖抗生素和皮质类固醇滴眼液治疗感染，但这些药物对纤维化控制有限，且长期使用可能引发青光眼等副作用。更棘手的是，眨眼产生的3000 s^-1高剪切力会加剧损伤，而传统滴眼液因粘度限制（无法超过1%聚合物浓度）难以在眼表持久驻留。

英国伯明翰大学团队在《Addictive Behaviors》发表的研究中，创新性地利用天然多糖结冷胶(gellan)开发了新型流体凝胶(fluid gel)眼用制剂。这种带负电的阴离子聚合物能形成透明水凝胶，其特殊之处在于通过剪切加工将高浓度(1%)聚合物转化为微米级颗粒悬浮体系，既保持静态高粘度(22.6 Pa·s)又具备剪切稀化特性，完美解决了滴出性与驻留时间的矛盾。

研究采用流变学测试评估不同配方(0.2-1%浓度，600-1200 RPM剪切速率)的粘度特性；牵引力测试仪测定润滑系数；ELISA检测TGFβ1吸收率；RT-PCR分析ACTA2、COL1A1等基因表达；并创新设计模拟眨眼装置验证快速吸收效果。实验使用原代人类角膜成纤维细胞(HCF)评估生物学效应，通过荧光显微镜观察剪切力(3000 s^-1)下的细胞形态变化。

【3.1 通过聚合物浓度变化调控流体凝胶流变学和摩擦学】

研究发现1%结冷胶流体凝胶在0.1 s^-1剪切速率下粘度达22.6 Pa·s，是0.2%浓度的377倍，同时润滑系数降低至0.054±0.010。令人惊讶的是，高粘度不影响滴出性，所有配方滴出压力无显著差异，证实流体凝胶结构可突破传统聚合物浓度限制。

【3.2 制备剪切速率对润滑性和流变学的影响】

600 RPM制备的凝胶储能模量最高(35 Pa)，但剪切速率不影响最终产品粘度和润滑性。这提示生产工艺参数主要调控凝胶刚度而非功能特性，为规模化生产提供灵活性。

【3.3 结冷胶流体凝胶对TGFβ1的螯合作用】

在模拟泪液环境中，1%凝胶24小时吸收98.7% TGFβ1，显著高于EGF(42%)。模拟眨眼实验显示15分钟即可吸收87% TGFβ1，证实其快速作用能力。电荷相互作用是关键机制——带负电的结冷胶与正电TGFβ1(pI=8.6)结合力远强于负电EGF(pI=4.5)。

【3.4 结冷胶流体凝胶对促纤维化基因表达的控制】

TGFβ1刺激使HCF中ACTA2(α-SMA)、COL1A1表达上调3-4倍，而添加流体凝胶后表达量恢复至基线水平。特别值得注意的是COL3A1在80小时表达量比单纯TGFβ1组低3.9倍(p<0.01)，证明持续抑制作用。

【3.5 结冷胶流体凝胶对摩擦力和后续肌成纤维细胞分化的保护】

在3000 s^-1剪切力下，无保护组细胞大量脱落，存活细胞呈现肌成纤维细胞典型星状形态和紊乱肌动蛋白排列。而流体凝胶保护组细胞保持长梭形，肌动蛋白定向排列。对比实验显示，商业滴眼液(0.4%透明质酸钠)虽润滑性相近，但因粘度低100倍，保护效果显著逊色。

该研究揭示了结冷胶流体凝胶的三重机制：物理屏障减少机械损伤、电荷作用选择性清除TGFβ1、高粘度延长眼表滞留。相较于需冷藏的生物制剂(如重组人饰胶蛋白)，这种耐储存、无需冷链的天然多糖体系更具临床转化优势。研究为角膜纤维化防治提供了全新思路——通过材料本身的物理化学特性调控生物学过程，这种"无药而医"的策略或可拓展至其他纤维化疾病治疗领域。未来研究可进一步探索不同酰基化程度结冷胶的性能差异，以及与其他抗纤维化药物的协同效应。