用于法瑞西单抗缓释的 3D 打印藻酸盐植入物：制备与表征

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：3D-Printed Alginate Implants for Sustained-Release of Faricimab; Fabrication and Characterisation

　　

摘要
年龄相关性黄斑变性（AMD）仍然是不可逆视力丧失的主要原因，其中新生血管型需要频繁进行玻璃体内抗血管内皮生长因子（anti-VEGF）注射。虽然法瑞西单抗（Faricimab）是一种靶向 VEGF-A 和血管生成素 -2 的双特异性抗体，与早期药物相比能够延长给药间隔，但由于生物制剂在眼内的快速清除和有限的生物利用度，仍然需要频繁给药。缓释眼用植入物已证明对小分子药物具有临床效用；然而，针对 AMD 管理中抗体疗法的可控递送，现有成熟的平台有限。本研究展示了基于海藻酸盐的 3D 打印微植入物的开发及体外评估，旨在实现法瑞西单抗的长效释放。选择海藻酸盐作为主要生物材料，是因为其生物相容性、生物可降解性以及支持蛋白质稳定性的温和离子交联特性。为了增强机械完整性和调节释放动力学，引入了包括原位聚合胶原和甲基丙烯酸透明质酸在内的复合配方。3D 生物打印实现了微尺寸植入物的生产，直径约为 0.5–0.8 毫米，处于临床批准的眼用植入物尺寸范围内。使用模拟生理房水更新的眼部模型装置评估了释放动力学、结构稳定性和降解特征。打印的植入物表现出结构稳定性，并能持续释放法瑞西单抗超过 80 天。重要的是，海藻酸基质提供了一种增强的保护性微环境，保持了抗体的结构完整性。稳定性研究表明，虽然溶液中的法瑞西单抗在 37°C 下 24 小时内迅速聚集和降解，但其在制备的海藻酸支架中保持了稳定性。虽然需要进行长期稳定性研究，但这些发现突显了 3D 打印海藻酸植入物作为药物递送平台和蛋白质稳定基质的双重作用。因此，这项工作确立了一种制造可注射微尺度眼用植入物的新型策略，能够递送生物制剂，为减少注射频率和改善年龄相关性黄斑变性患者的长期治疗结果提供了有前景的方法。

引言
年龄相关性黄斑变性（AMD）是不可逆视力丧失的主要原因之一，特别是在 60 岁及以上人群中。据估计，全球有近 2 亿人受到影响，由于预期寿命的增加，其患病率持续上升 [1]。AMD 日益增加的负担构成了重大的公共卫生挑战，给医疗系统带来压力，并迫切需要开发高效和持久的治疗策略 [2]。

玻璃体内给予血管内皮生长因子抑制剂（anti-VEGF）已成为该疾病的标准治疗方法，因为它们能抑制 VEGF 活性，稳定血管完整性，并减少视网膜液体积聚。几种基于 anti-VEGF 抗体的药物已获批临床使用，包括雷珠单抗（Ranibizumab，Lucentis?）、阿柏西普（Aflibercept，Eylea?）、博罗珠单抗（Brolucizumab，Beovu?）、贝伐珠单抗（Bevacizumab，Avastin?）和法瑞西单抗（Faricimab）。这些生物制剂在提高视觉敏锐度和阻止疾病进展方面显示出显著疗效 3, 4, 5, 6, 7。

在这些生物制剂中，法瑞西单抗已成为目前用于治疗 AMD 的最先进的生物制剂 [8]。与仅靶向 VEGF-A 的早期生物制剂不同，法瑞西单抗是一种双特异性抗体，能同时抑制 VEGF-A 和血管生成素 -2（Ang-2）[9]。这种双重抑制针对了参与血管不稳定和渗漏的额外途径，实现了血管稳定性的改善和疾病活动抑制的延长 2, 10。

尽管法瑞西单抗带来了治疗进展，但仍存在若干挑战，包括玻璃体混浊的发生 [11]、严重的眼内炎症 [12] 以及玻璃体内注射后的感染风险 [13]。这些并发症部分与注射频率有关，也可能反映了长期分子稳定性的局限性以及玻璃体内潜在聚集物的形成。此类问题仍然是 nAMD 长期管理中的主要障碍，突显了对具有改善稳定性的创新缓释递送策略的迫切需求，这也是本研究的主要焦点。

眼用植入物已成为一种有前景的方法，能够长时间维持治疗浓度，减少注射频率，并提高依从性 [14]。通过将药物以受控方式直接递送至后节，这些系统可以解决生物利用度差和快速清除的挑战 [10]。现有的植入物，如 Ozurdex?（地塞米松）、Iluvien?（氟雷诺龙醋酸酯）和 Durysta?（比马前列素），展示了缓释装置的临床潜力，特别是针对慢性眼部疾病 14, 15。这些平台通常由生物可降解或不可生物降解的聚合物制成，提供数周至数月的部位特异性释放，最大限度地减少全身暴露并减轻治疗负担（表 1）。在 AMD 的背景下，眼内持续递送特别具有吸引力，因为目前的 anti-VEGF/anti-Ang-2 疗法需要重复玻璃体内注射以维持疾病控制 [16]。

尽管取得了这些进展，缓释植入物目前仅成功应用于小分子药物，因为它们在化学上稳定且与常规聚合物基质相容。像法瑞西单抗这样的基于抗体的生物制剂由于其高分子量、结构复杂性以及对 pH、温度和酶降解的敏感性而呈现出独特的挑战 [10]。因此，目前尚不存在临床批准的植入物平台用于长期递送。

为了满足这一未满足的需求，本研究探索了开发一种 3D 打印的基于海藻酸盐的微植入物，设计尺寸为临床上相关的眼部尺寸（直径约 0.6-0.7 毫米，长度 1-6 毫米），允许通过玻璃体内注射程序给药，类似于 Ozurdex、Iluvien 和 Durysta 等获批植入物。目的是创建一个微创递送平台，能够在生理环境中实现持续治疗释放并维持生物制剂的蛋白质稳定性。我们假设，将法瑞西单抗纳入可注射眼部尺寸的植入物将延长眼内滞留时间，同时保护法瑞西单抗免受降解和聚集，从而克服当前治疗的关键局限性。

生物材料的选择在这些眼用植入物的开发中起着关键作用，用于持续药物递送应用 [23]。理想的材料确保生物相容性，能够促进药物持续和受控释放，同时在动态且敏感的眼部环境中保持结构稳定性 [24]。在过去几十年中，天然和合成聚合物，如海藻酸盐、壳聚糖、透明质酸、胶原、明胶、PLGA、聚己内酯（PCL）和聚乙烯醇（PVA），因其生物可降解性、粘膜粘附特性和可调节的机械特性而得到广泛研究，用于眼部应用 25, 26。这些材料中的一些已用于临床批准的植入物（表 1），突显了它们的转化潜力。表 2 总结了它们的关键理化特征和眼部药物递送应用。

在这些候选材料中，本研究选择海藻酸盐（ALG）作为主要生物材料，因其公认的优势 [38]。ALG 是一种天然来源的、FDA 批准的聚糖类，具有出色的生物相容性和低免疫原性，这对于眼内应用至关重要。其剪切变稀流变特性 enables 3D 生物打印过程中的精确挤出，而快速与钙离子的离子交联支持在水性条件下形成水凝胶，兼容脆弱的生物制剂如单克隆抗体。此外，其固有的孔隙率和可调节的降解动力学为持续、扩散驱动的药物释放提供了有利平台。此外，眼部生物材料的光学透明度是一个重要考量，因为放置在视觉通路内或附近的材料应最大限度地减少光散射和视觉干扰。已证明基于海藻酸盐的水凝胶提供透明度，使其适合在眼介质中使用 39, 40。

为了进一步改善机械性能和调节释放图谱，海藻酸盐可以与其他生物聚合物结合。引入了原位聚合的胃蛋白酶可溶性胶原（IPC），因其生物活性和细胞外基质模拟特性，而甲基丙烯酸透明质酸（HAMA）则被探索以改善结构稳定性并微调释放动力学 [30]。这些复合水凝胶共同更紧密地复制了眼部原生微环境，利用其生物活性、机械稳定性和调节释放动力学的能力 [30]，从而支持植入物稳定性和药物保存。

植入物使用 3D 生物打印技术制造，实现了几何形状、架构和药物负载的精确控制 [41]。植入物的设计尺寸和圆柱形状与临床批准的装置（如 Ozurdex）相当，以确保临床相关性。为了复制眼部环境，采用了模拟房水更新和眼内清除的眼部模型装置，允许随着时间的推移评估药物释放动力学、植入物降解和结构完整性。

本工作的目的是确立一种概念验证，用于 AMD 中基于抗体的生物制剂的新型缓释平台，为下一代眼用植入物铺平道路，这些植入物能够减轻治疗负担，改善患者结果，并扩展法瑞西单抗的临床应用。

部分片段
材料
海藻酸粉末（货号 A17582.36），购自 Thermo Fisher Scientific，透明质酸钠盐（低分子量 40-50 kDa，货号 FH01773）购自 Biosynth。胃蛋白酶可溶性胶原（6 mg.mL-1）在 0.01 M HCI 100 mL（货号 FS22005），购自 Collagen solutions。乙二胺四乙酸（EDTA）二钠二水合物（货号 ED2SS），D-甘露醇（货号 M9546，MW: 182.17），碳酸氢钠（NaCHCO3，货号 13418），氯化钙（干燥，粉末，FTIR

FTIR
进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，以鉴定功能基团并验证水凝胶系统内的化学相互作用（图 S1），以评估 ALG-HAMA 和 ALG-IPC 水凝胶的形成。初步观察，它有很大重叠，表明海藻酸骨架得以保留。ALG–HAMA 混合物在 1600–1650 cm-1 附近表现出轻微加宽（乙烯基 C=C 与海藻酸 COO- 的重叠），以及 1000–1150 cm-1 区域略有升高（HA/甲基丙烯酸的 C–O–C），而海藻酸 1415 cm-1 对称

结论与未来方向
本研究展示了用于法瑞西单抗持续释放的 3D 打印基于海藻酸盐玻璃体内植入物的制造和表征。使用基于挤出的生物打印技术，生产了具有临床兼容尺寸的棒状微植入物，具有高精度和重现性。优化的配方，特别是 ALG–HAMA 复合材料，显示出优异的打印性、低离子环境下的机械稳定性和可预测的降解动力学。重要的是，

CRediT 作者贡献声明
Hamid Heidari Kashkooli：方法论，调查，概念化。Ali Horo：可视化，数据整理。Massoud Zolgharni：监督，软件，资源，项目管理，资金获取。Hanieh Khalili：写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，概念化。Camelia Lucia Bogdan：写作 – 审查与编辑，写作 –

利益冲突
作者声明无利益冲突。

资助
本研究未获得外部资助。

竞争利益声明
? 作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能被认为影响了本文报告的工作。

致谢
A.F 和 C.L.B 是 UWL 的博士生，感谢校长奖学金支持他们的博士研究。

Arian Farokh|Camelia Lucia Bogdan|Hamid Heidari Kashkooli|Ali Horo|Massoud Zolgharni|Hanieh Khalili