《Materials Today Advances》:Electrospun intraoral patches for the directional delivery of therapeutics; a potential treatment for oral lichen planus
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专业术语翻译:
口腔黏膜疾病因唾液冲刷导致剂型在病变部位驻留性差而难以治疗。此外,常规应用的糖皮质激素在长期治疗过程中与脱靶组织的相互作用常导致继发性真菌感染的发生。为解决这一问题,研究人员开发了一种梯度电纺技术,可实现氯倍他索丙酸酯(clobetasol
专业术语翻译:
口腔黏膜疾病因唾液冲刷导致剂型在病变部位驻留性差而难以治疗。此外,常规应用的糖皮质激素在长期治疗过程中与脱靶组织的相互作用常导致继发性真菌感染的发生。为解决这一问题,研究人员开发了一种梯度电纺技术,可实现氯倍他索丙酸酯(clobetasol propionate,CP)的定向递送,确保糖皮质激素精准递送至病变部位,并最大限度减少药物与口腔其余部位的相互作用。作为真菌感染发生的预防措施及对任何已存在真菌感染的治疗,氟康唑(fluconazole,FLU)也被负载于整个贴片中,以实现全口腔范围的普遍递送。所开发的贴片表现出良好的药物负载空间分离性,以及适用于口腔黏膜应用的良好力学性能。该制剂与口腔上皮细胞具有良好的细胞相容性,并在体外炎症刺激划痕修复模型中成功恢复了愈合过程。结果表明,所开发的贴片在口腔炎症性疾病(如扁平苔藓)的治疗中展现出作为治疗平台的潜力。
论文解读文章
**研究背景与现存问题**
口腔黏膜疾病,如口腔扁平苔藓(oral lichen planus,OLP)、复发性阿弗他口炎(recurrent aphthous stomatitis,RAS)及口腔念珠菌病等,其治疗长期面临剂型在病变部位驻留时间短的困境。口腔内持续的唾液分泌与吞咽动作使传统局部制剂(凝胶、漱口水等)被迅速清除,导致药物暴露量不足、疗效受限及高复发率。此外,常规使用的局部糖皮质激素在长期治疗过程中不可避免地与口腔内非靶标组织接触,增加了继发口腔念珠菌感染及黏膜萎缩等并发症的风险。OLP作为一种病因未明的慢性炎症性疾病,以T淋巴细胞介导的异常免疫反应为特征,多发于40岁以上人群,目前尚无根治方法,治疗以症状管理为主。尤为值得关注的是,约0.5%-2.5%的OLP病例存在向口腔鳞状细胞癌恶性转化的风险。因此,开发一种能够在病变部位实现长时间驻留、定向释放且可预防继发真菌感染的新型给药平台,对于改善OLP等口腔黏膜疾病的治疗现状具有重要的临床价值。
**研究内容与结论**
针对上述问题,研究人员在本研究中采用梯度电纺(gradient electrospinning)技术,以中链长聚羟基脂肪酸酯(medium-chain-length polyhydroxyalkanoate,mcl-PHA)与短链长聚(3-羟基丁酸酯)(poly(3-hydroxybutyrate),P(3HB))的80∶20共混物为聚合物基质,制备了具有空间梯度药物负载的口腔贴片。其中,丙酸氯倍他索(CP)被定向负载于贴片的一侧,以实现向OLP病变区域的靶向递送;抗真菌药物氟康唑(FLU)则均匀负载于整个贴片,用于预防和治疗长期使用糖皮质激素可能引发的真菌感染。研究结果显示,所制备的梯度贴片(ES_G)在药物空间分布上表现出良好的分层分离性;力学性能测试表明其弹性模量在0.91-11.12 MPa范围内,符合口腔黏膜组织的力学需求;体外定向药物释放研究证实CP可从贴片富集侧实现定向释放,而FLU则在贴片两侧呈对称释放。体外细胞学评价显示,含药贴片对口腔上皮细胞(MOE-1a)无显著细胞毒性,细胞活力与阳性对照组相当。更重要的是,在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的炎症刺激体外划痕修复模型中,负载药物的电纺贴片显著恢复了上皮细胞的迁移能力,而空白对照组则未表现出促进愈合的效果;RT-qPCR基因表达分析进一步揭示了药物负载组通过下调促炎因子(IL-1β、IL-6、NF-κB)表达并恢复伤口愈合相关因子(TGFβ2、FGF、Collagen I)水平,从而促进上皮修复的分子机制。该研究证明,梯度电纺贴片作为OLP等口腔炎症性疾病的治疗平台具有良好潜力。
**关键技术方法**
本研究采用的关键技术包括:①梯度电纺技术:通过双注射泵与Y型管路系统,经实时调控两路聚合物-药物溶液的流速比(1∶0、0.75∶0.25、0.5∶0.5、0.25∶0.75、0∶1),在单一电纺过程中构建具有5层梯度结构的复合纤维膜,实现CP的空间定向负载(图1、表1);②定向药物释放评价体系:利用Transwell插入式培养板系统将贴片置于上下释放介质之间,分别定量检测贴片两侧CP与FLU的累积释放量,以评估药物的空间释放行为;③体外炎症刺激伤口愈合模型:以E. coli来源的LPS(10 μg/mL)刺激MOE-1a口腔上皮细胞,模拟OLP的慢性炎症微环境,结合活细胞成像系统动态监测划痕区域的闭合过程;④RT-qPCR基因表达分析:在愈合过程的设定时间点(6、12、30 h)提取细胞RNA,逆转录为cDNA后采用SYBR Green法检测炎症因子(IL-1β、IL-6、NF-κB)与伤口愈合相关因子(FGF、TGFβ2、Coll1a)的表达变化,以ΔΔCt法计算相对表达量。样本队列来源方面,mcl-PHA由革兰氏阴性菌经细菌发酵技术生产并纯化,P(3HB)同样采用革兰氏阴性菌发酵制备,具体菌种因商业敏感性原因未公开。
**研究结果**
**SEM形貌观察**:扫描电子显微镜(SEM)下可见所有电纺纤维均呈光滑、无串珠的连续纤维形态;含药组纤维表面较空白对照组出现明显纹理,提示FLU因电纺溶液中浓度达饱和而在纤维表面析出,但药物负载未对纤维形态造成明显不良影响。
**共聚焦显微镜验证**:通过将亚甲基蓝和罗丹明分别掺入FLU-only溶液及FLU+CP溶液进行梯度电纺,共聚焦显微镜下贴片横截面清晰显示CP+FLU层与FLU-only层呈明显的空间分区,证实梯度电纺技术成功实现了CP在贴片架构内的定向空间分布。
**动态力学分析(DMA)**:在室温干燥、37℃干燥及37℃PBS浸泡三种条件下,含药样品的杨氏模量(6.23-9.34 MPa)均高于空白对照组(3.862-4.22 MPa),但仍处于文献报道的口腔黏膜组织力学范围(0.91-11.12 MPa)内,表明贴片具备口服黏膜应用的力学适用性。
**FT-IR化学表征**:傅里叶变换红外光谱(FT-IR)在含药样品中检测到FLU的特征峰(三唑环振动1501 cm?1、C=C伸缩1618 cm?1),而空白对照样品中无对应峰;CP的特征峰因负载浓度较低且与聚合物振动模式重叠而未能被单独分辨,但含药样品在相应波数范围内呈现了与纯药谱图一致的叠加特征。
**定向药物释放研究**:梯度贴片(ES_G)中CP的释放呈现明显的方向性偏好,上室(CP富集侧)累计释放量显著高于下室,且上室的CP释放曲线符合零级释放模型(r2=0.995),表明在CP富集的贴片-介质界面实现了恒定速率释放;而下室的少量CP释放(符合Higuchi模型,r2=0.968)归因于电纺膜内部连通孔隙引起的药物反向渗透。FLU则因均匀分布于整个贴片,上下两侧释放曲线相似且均符合一级释放模型,表明其释放速率与剩余药量成正比。
**细胞活力与细胞毒性评价**:MTT试验显示,含药贴片(ES_E、ES_G)与空白对照贴片在1、3、7天各时间点的MOE-1a细胞活力均与阳性对照相当,无明显细胞毒性。LDH试验也证实含药贴片未引起乳酸脱氢酶释放的显著增加,进一步证明CP与FLU复合负载未对口腔上皮细胞造成损伤。
**体外伤口愈合研究**:在无炎症刺激条件下,含药贴片组的划痕闭合速度与阳性对照组无显著差异,表明药物负载未对细胞迁移产生不良影响。在加入LPS的炎症刺激条件下,阴性对照(NC)组的伤口愈合明显延迟,而ES_E与ES_G处理组则恢复了与阳性对照相当的上皮迁移速率;空白电纺贴片(ES_CON)未表现出促愈合效应,证实促进愈合的作用源自负载药物而非聚合物基质本身。
**RT-qPCR基因表达分析**:LPS刺激显著上调了MOE-1a细胞中IL-1β、IL-6和NF-κB的mRNA表达,同时明显下调了FGF、TGFβ2和Coll1a的表达。药物负载贴片在6 h时间点将炎症因子的表达恢复至与阳性对照组相当的水平,经由抑制NF-κB通路而减少下游细胞因子的转录,从而缓解LPS介导的炎症抑制状态。在伤口愈合标志物方面,含药组在6 h时已显著改善TGFβ2的表达,而FGF和Coll1a的恢复出现在12 h时间点,与TGFβ作为上游信号、FGF和Coll1a作为下游效应分子的时序逻辑相符,证实药物负载贴片通过抑制炎症而间接恢复了组织的修复性基因表达程序。
**讨论与结论**
在讨论部分,研究人员指出,尽管LPS诱导的体外炎症模型能模拟OLP微环境中部分炎症特征,但该模型仍存在局限性,包括缺乏OLP病理特征性的活化CD8?T细胞浸润,以及未能再现口腔黏膜的多层细胞外基质、微血管网络和多种微生物组成的复杂微环境。对于空白贴片(ES_CON)显示出一定程度下调IL-1β和NF-κB表达的现象,研究人员提出了两种可能的解释:一是mcl-PHA/P(3HB)的疏水性可能干扰Toll样受体4(TLR4)在脂筏中的受体聚集,从而削弱LPS触发的信号转导;二是聚合物基质可能通过吸附或螯合LPS,减少了细胞可及的游离LPS量。
研究结论部分指出,本研究证明通过简便的电纺装置改进即可制备具有空间梯度药物负载的贴片,且该贴片在力学性能、定向药物释放能力及口腔上皮细胞相容性方面均满足口腔黏膜药物递送的基本要求。在LPS诱导的炎症体外伤口愈合模型中,药物负载贴片经qPCR分析证实可通过调节炎症反应、恢复愈合相关基因表达来促进上皮迁移。研究人员建议,未来研究应聚焦于:①利用包含免疫细胞的三维口腔组织模型及合适的OLP动物模型进一步阐明体内机制;②评价FLU负载的实际抗真菌效力;③通过引入聚多巴胺、卡波姆或壳聚糖等涂层增强贴片在湿润环境下的黏附性能,并利用离体黏膜组织进行黏附力测试以获取临床相关数据。本开发性研究为电纺贴片在OLP治疗中的进一步转化应用奠定了实验基础。