海藻糖调控的聚氧乙烯醇407热敏水凝胶：溶胶-凝胶转变的控制与持久性低剂量硝酸吡罗卡品释放

《International Journal of Pharmaceutics》：Trehalose-modulated poloxamer 407 thermosensitive hydrogel: sol-gel transition regulation and sustained low-dose pilocarpine nitrate delivery

　　

摘要

传统的眼科溶液和粘性凝胶受到角膜前停留时间不足、给药不准确以及无菌过滤不便的限制。毛果芸香碱最初是一种用于治疗青光眼的经典胆碱能受体激动剂，最近被重新用于矫正老花眼；然而，其临床应用受到频繁出现的严重眼部不良反应的极大限制，包括干眼症和结膜充血。在本研究中，利用海藻糖改性了聚氧乙烯烷基醚（poloxamer 407）的热敏水凝胶，这是因为海藻糖具有调节凝胶理化性质和增强细胞抗干燥能力的双重功能。加入海藻糖后，降低了聚氧乙烯烷基醚407的凝胶化临界浓度，同时没有损害水凝胶的固有理化性质。优化的配方在室温下为低粘度的水溶液（约为50 mPa·s），可以通过0.22 μm的过滤器进行方便的无菌处理，并在眼表迅速发生溶胶-凝胶转变，形成等渗水凝胶。这种水凝胶可以保护其中的毛果芸香碱免受水解降解，并改善角膜水分。在兔子体内的眼部刺激测试中证实，该配方能有效缓解毛果芸香碱引起的眼部刺激。由于具有良好的热稳定性和工业可加工性，这一递送系统显示出广阔的应用前景，为老花眼治疗的后续临床研究奠定了坚实基础。

引言

毛果芸香碱是一种胆碱能受体激动剂，对治疗和管理急性闭角型青光眼和放射引起的口干症有效（StatPearls, 2026）。近年来，毛果芸香碱已被发现是一种用于矫正老花眼的新疗法（Zhang等人, 2024）。目前全球已有两种老花眼的治疗方法获得批准：Vuity?（1.25%盐酸毛果芸香碱眼药水；Allergan/AbbVie）和Qlosi?（0.4%盐酸毛果芸香碱眼药水；Orasis Pharmaceuticals）。然而，这两种配方都伴随着明显的不良反应，包括滴眼部位刺激、头痛和结膜充血，这主要是由于毛果芸香碱的胆碱能机制以及载药体系的理化性质（Network, 2026, Network, 2026）。这些不良反应可能是药物本身的化学特性与配方低pH值共同作用的结果（USPNF2025，pH 3.5–5.5）。

眼科制剂，如溶液和粘性凝胶，分别受到角膜前停留时间短和给药不准确的困扰（Tang等人, 2025）。原位凝胶系统（Kannarr等人, 2023, Mercer等人, 2021, Waring等人, 2021）作为一种先进的策略，可以提高眼部生物利用度（Garg等人, 2024, Ahmed等人, 2024）。其中，热敏聚合物提供了一种独特的解决方案：在室温下为自由流动的液体，接触眼表面（34–37°C）时会发生溶胶-凝胶转变（Zhao等人, 2025, Yang等人, 2024, Giuliano等人, 2018）。自1989年首次应用以来，聚氧乙烯烷基醚407（P407）已成为这一领域的领先赋形剂（Deshpande和Shirolkar, 1989），主要是因为其卓越的生物相容性和可预测的溶胶-凝胶转变动力学（Giuliano等人, 2018, Wan等人, 2023, Lei等人, 2023）。然而，基于P407的系统的临床转化经常受到两个关键但常被忽视的挑战的阻碍：1）与无菌过滤不兼容；2）对以患者为中心的参数（特别是舒适度、pH稳态和渗透耐受性）的关注不足（Wang等人, 2024, Han等人, 2022, Wen等人, 2021, Yao等人, 2025）。

为了解决这些问题，我们开发了一种经过海藻糖优化的P407热敏水凝胶。海藻糖是一种天然存在的二糖，具有三种功能：首先，作为冷冻保护剂，在冷处理过程中防止活性药物成分（API）降解；其次，作为保湿剂，缓解眼部干燥并提高生物相容性（Matsuo, 2001）；第三，海藻糖可以与P407中的PEO链段的氧原子结合，增强PPO的疏水区域，从而改变P407热敏水凝胶的凝胶化温度和结构。通过利用这些互补的赋形剂特性，我们构建了一个优先考虑关键质量属性（CQAs）的平台——即生理渗透压（280–330 mOsmol/kg）、最佳pH值和强大的无菌性（图1）。

鉴于pH值和渗透压是眼科制剂的重要质量指标，并且在局部给药时对眼部刺激有决定性影响，值得注意的是中国药典（Commission, 2020）为硝酸毛果芸香碱制定了质量规范，规定的pH范围为4–6。相比之下，当前的USPNF2025标准要求盐酸毛果芸香碱眼药水的pH范围为3.5–5.5，这明显偏离了生理pH值。此外，中国目前还没有列出的硝酸毛果芸香碱眼药水参考制剂。因此，基于药典要求和实际应用性，本研究选择了硝酸毛果芸香碱作为研究对象。本研究不仅旨在探索老花眼的治疗策略，更重要的是，建立一个稳健的热敏水凝胶平台。我们预计这种配方将有助于其他亲水或疏水小分子药物和大分子的眼部递送。研究表明，硝酸毛果芸香碱水凝胶（PNH）配方与溶液相比，具有显著提高的保留能力，能够在给药后迅速扩大瞳孔而不影响视力。重要的是，该配方设计为可工业化生产，采用简化生产工艺，保证了活性药物成分的完整性并确保批次间的稳定性。通过结合材料科学和药物工程学，这项工作为优化的眼部递送系统提供了技术参考，这些系统安全、舒适，适合大规模生产。

章节片段

材料

硝酸毛果芸香碱（PN）（活性药物成分，来自中国广东利伟制药科技有限公司），硝酸毛果芸香碱（标准物质，纯度98.7%，由中国食品药品监督管理局提供），聚氧乙烯烷基醚（P407）（来自德国BASF公司），海藻糖（来自中国南宁中诺生物工程有限公司），甲醇和乙腈（来自美国Fisher Scientific International Inc.公司），磷酸和三乙胺（来自北京InnoChem科技有限公司），荧光素钠

PNH的制备和表征

有效的眼部药物递送需要室温下为自由流动的液体，并在眼表（34–37°C）迅速发生相变。因此，初步筛选以凝胶化温度作为主要的关键质量指标。评估的候选配方包括含有18.8%（w/w）P407和1%（w/w）P188的聚氧乙烯烷基醚系统，以及经过海藻糖优化的P407系统。凝胶化温度在30°C到37°C之间的配方被确定为适合使用的P407系统

讨论

本研究介绍了一种经过海藻糖改性的原位水凝胶，专为眼部药物递送设计。通过利用海藻糖的双重功能——调节溶胶-凝胶转变动力学并提供固有的保湿效果——该平台可以有效解决传统疗法的关键缺陷。首先，我们成功将硝酸毛果芸香碱的浓度降低到0.3%以下，远低于传统眼药水Vuity?的浓度（1.38%）。

结论

本研究介绍了一种优化的海藻糖-聚氧乙烯烷基醚407原位水凝胶，用于硝酸毛果芸香碱的递送。该系统成功将硝酸毛果芸香碱的剂量降低到0.3%，同时提高了安全性而不影响疗效。其在室温下的低粘度提高了给药精度和患者的依从性，并允许通过过滤进行最终灭菌——这对于热不稳定的药物来说是一个关键优势。尽管未来需要临床试验来验证视力结果，但这项工作

CRediT作者贡献声明

Huihui Shao：撰写——原始草稿、方法学、实验设计、数据分析。Heying Jin：撰写——审稿与编辑、方法学、实验设计、数据分析。Yumei Hao：撰写——审稿与编辑、验证、监督。Jie Chen：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。Suyong Ma：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。Liya Nie：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。Shuangqing Wang：撰写——审稿与编辑

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的报告。

致谢

本研究得到了中央高校基本研究基金和北京协和医学院（编号：3332025154）的支持。