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治疗干眼症的新型药物输送系统

分类:药品研发资讯 |
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干眼病(DED)是一种常见的眼部疾病,是由各种遗传和/或环境因素引起的泪液过度蒸发或泪液缺乏,可分为蒸发过强型和泪液缺乏型。干眼病的假定发病机制包括泪腺炎症和泪膜的高渗透压。目前,DED的常规治疗药物包括人工泪液、抗炎药物、环孢素、皮质类固醇、粘蛋白促分泌剂、维生素A、自体血清滴眼液和他克莫司滴眼液等。除此之外,基于纳米技术的眼部给药系统是目前研究工作的重点,一些纳米治疗药物,如纳米乳剂、纳米混悬剂、微乳剂、脂质体和纳米胶束正在临床试验中,其中一些已经获得FDA批准作为DED的新疗法。因此,通过纳米技术来克服眼表疾病药物治疗的局限性已经取得了显著进展。

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DED诊断

DED的检测包括泪液蛋白免疫测定、印迹细胞学、泪膜破裂时间(TBUT)、Schirmer试验、角膜上皮染色、泪液渗透压测试和泪液功能指数(TFI)。泪液中的免疫球蛋白A、脂质运载蛋白、水通道蛋白5、表皮生长因子、泪液乳铁蛋白和泪液溶菌酶等蛋白质可以通过ELISA进行量化;印迹细胞学对结膜和外泪腺进行活检,可获取不易感病因信息;Schirmer试验可定量测量指定时间内的泪液分泌量;TBUT 用于测量泪膜稳定性;角膜上皮染色可以帮助评估角膜损伤和干眼程度;眼睛的正常渗透压约为310 mOsm/L,会随着DED的进展而增加,既往的多中心研究表明,泪液渗透压测试是诊断和评估DED的最佳方法。此外,睑板腺功能障碍(MGD)可以通过睑板腺检查、睑板造影术和睑板测量法来识别。通常,两个或两个以上阳性结果可以准确诊断DED。根据DED的检测结果,可以分为三个阶段(图1)。
二、DED治疗
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图2 DED的常规治疗方法
1、人工泪液

人工泪液是治疗泪液不足导致眼部刺激和干燥的一线用药。轻度患者每天需四次应用,严重的病例则需要频繁给药(每天10-12次)。其中透明质酸钠、硫酸软骨素、聚乙烯衍生物和纤维素等成分增加产品的粘度,延长其在眼表的停留时间,但也会导致暂时性视物模糊。人工泪液产品根据疾病的严重程度、对防腐剂的敏感性、污染风险和成本来开处方,常需要与其他治疗相结合。
2、环孢素
免疫调节剂环孢素A(CsA)用于治疗由泪液分泌不足引起的DED。CsA抑制 T淋巴细胞的活化和杯状细胞的增强,同时还减少结膜上皮细胞中炎性因子的数量,阻止线粒体介导的细胞凋亡途径。然而也有一些负面报道,如CsA滴眼液(0.05%,Restasis)在治疗慢性DED时会导致严重的烧灼感。
3、皮质类固醇
皮质类固醇通过抑制NF-κB信号级联和抑制炎症因子来诱导淋巴细胞凋亡、白细胞介素1和肿瘤坏死因子-a的下调,并抑制炎症因子的生产。氯替泼诺已获得美国食品和药物管理局(FDA)批准用于治疗DED。但是,建议短期使用局部皮质类固醇治疗,长期使用会导致白内障、青光眼和眼部感染。
4、 粘蛋白促分泌素
地夸磷索钠滴眼液(3%,Diquafosol滴眼液)通过与P2Y2受体的相互作用直接促进结膜中上皮细胞的泪液分泌和杯状细胞的粘蛋白分泌,现在已成为日本DED的标准治疗方法。瑞巴派特滴眼液(2%,Rebamipide滴眼液)可以增加杯状细胞的数量,并促进粘蛋白的分泌,于2011年获得监管批准。一些负面报道指出瑞巴派特滴眼液作为混悬液会导致使用后暂时的视觉障碍。
5、Ω-3脂肪酸
Ω-3脂肪酸衍生的类花生酸可以减少炎症并改变成肌细胞脂质的组成。因此,口服Ω-3脂肪酸对DED患者有益。一些商业产品,如omega-3脂肪酸脂质体滴眼液,已经证明了一些脂肪酸在治疗DED中的价值。研究还表明局部给予α-亚麻酸可显著减轻分子和细胞水平的炎症以及改善DED的症状。
6、 抗生素
抗生素,例如杆菌肽和红霉素,用于治疗睑板腺功能障碍。四环素可以降低眼表组织中胶原酶和磷酸脂肪酶 A2以及基质金属蛋白酶-9的活性,并下调IL-1b和TNF-a的产生,治疗慢性DED。此外当衍生物多西环素局部应用于DED模型时,它表现出镇静作用并充当角膜上皮的屏障。在临床上,需根据患者的情况调整滴眼液的频率和间隔时间。
7、 非甾体类抗炎药 (NSAIDs)
NSAIDs 通过抑制环氧合酶活性、抑制前列腺素合成以及降低粒细胞和单核细胞迁移和吞噬作用来减轻眼表的炎症。与糖皮质激素相比,非甾体抗炎药对自身免疫性疾病引起的DED的免疫调节作用较低。
8、 维生素 A
维生素A参与泪膜内粘蛋白层的生成,其缺乏会导致杯状细胞萎缩和粘蛋白层丢失。含有维生素A的滴眼液可防止过敏原和自由基引起的炎症。
9、 自体血清滴眼液
自体血清滴眼液含有纤连蛋白、维生素A、表皮生长因子和肝细胞生长因子。然而尽管这些制剂已被证明具有很强的治疗作用,但它们无法在市场上买到,因为它们的制剂对每个人都是特异性的。
10、 LFA-1 拮抗剂
立他司特(5%, Lifitegrast)是FDA于2016年批准用于治疗 DED 的制剂。其类似于ICAM-1的分子结构,作为竞争性拮抗剂阻碍LFA-1和ICAM-1的结合,从而阻止炎症因子的释放,可以改善眼部不适症状。
11、 泪点塞
泪点塞是可以插入泪小管的医疗器械。该装置通过防止眼泪从泪点通过鼻泪管流出来改善DED的体征和症状。但后续需进行定期医院检查。
12、 治疗 DED 的新设备
鼻内泪液神经刺激器是一种应用小电流刺激粘膜神经末梢以增加泪液分泌的装置。据报道,每天使用该设备4次,持续180天,可显着提高Schirmer评分并改善眼部症状,但费用昂贵且费时。

三、新型给药系统

新型药物输送系统可以最大限度地减少全身吸收引起的副作用,也可以通过减少频繁用药次数改善眼部生物利用度和减少副作用。各种类型的颗粒系统(纳米乳液、脂质体、纳米胶束、树枝状聚合物、纳米载体和其他纳米制剂等)已被研究作为潜在的递送技术(图 3)。这些纳米颗粒既可以递送亲脂性药物,也可以递送亲水性药物,还可以进行靶向递送、高效药物吸收和缓释药物。
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这些纳米系统中有许多药物仍处于临床实验阶段,一些产品的有效性和安全性已经得到证实,FDA批准的DED纳米治疗药物包括基于环孢素的纳米乳剂,如Cyclokat和Restasis,以及纳米胶束制剂,如Cequa。(表 1)

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1、乳化物(微乳液和纳米乳液)

微乳液是单相系统中约100 nm的纳米分散体,具有高扩散系数和低表面张力,可增强药物与泪液的扩散/混合以及提高药物在角膜表面的接触时间。其中Restasis(CsA的纳米乳剂)在美国和许多其他国家被批准用于治疗干眼病。含有CsA的纳米乳液可以具有阴离子、阳离子或非离子特性,通常,CsA的阳离子纳米乳液会增加药物在前角膜中的停留时间。Lacrinmune也可用作眼科制剂,其成分与Restasis 相似,但含有透明质酸钠。此外Cationorm和Ikervis是以含有西他氯铵的阳离子纳米乳液(CNE)形式销售。尽管纳米乳液技术可以改善药物在眼睛表面的持久性,但它的使用由于与聚合相关的稳定性问题而受到限制。因此,需要进一步了解以扩大该技术的临床应用。

2、纳米悬浮剂

纳米混悬剂是水溶性差的药物的胶体分散体(粒径≤1 μL),其分散稳定性由惰性聚合物树脂和表面活性剂确保。纳米悬浮剂通常被认为比之前描述的纳米乳液更好。含有CsA的原位纳米悬浮液的粒径< 505 ± 5 nm,电位为0.07 ± 0.05 mV,多分散系数值为0.23 ± 0.03,可改善药物输送。具体而言,使用纳米悬浮液的猪角膜中CsA的浓度(3165±597ng/g)高于单次治疗使用Restasis的角膜CsA浓度(545±137ng/g)。一些实验结果还表明,与Restasis相比,原位纳米悬浮液对兔眼的刺激更小。因此,纳米混悬剂技术提供了一种将疏水性药物输送到眼表的安全有效的方法。然而,与纳米乳剂一样,纳米混悬剂的物理稳定性需要提高才能充分发挥其适用性。

3、脂质体

脂质体是直径为25 nm至10 μm的球形囊泡,由磷脂双分子层组成。脂质体通过涂有粘性聚合物或通过将脂质体分散在粘性凝胶中粘附在角膜上,从而促进水溶性药物的有效递送。此外,带正电荷的脂质体可有效结合与角膜上皮相关的带负电荷的粘蛋白,从而增强药物输送(图 4)。用于治疗DED的脂质体制剂被称为含脂质滴眼液,例如Vyseo,Clarimist,Tears Again,ActiMistTM和OptrexTM。这些含脂质的滴眼液可用于治疗轻度至中度蒸发过强型DED患者。此外,与含有羟丙基甲基纤维素或透明质酸钠的眼用制剂相比,含脂质的滴眼液可改善泪液的稳定性并降低泪液渗透压。然而,由于稳定性等方面的问题,该系统作在实际应用受到限制。对用于DED治疗的脂质体进行进一步的基础研究可能会解决这些问题。
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4、纳米胶束

纳米胶束是尺寸为5-200 nm的胶体载体系统,由具有亲水头基和疏水尾基的两亲分子组成,被称为表面活性剂纳米胶束。据报道,携带CsA的甲氧基聚乙二醇-己基取代聚丙交酯(MPEG-hexPLA) 聚合物纳米胶束在人角膜上皮细胞中表现出生物相容性,可有效治疗DED。在兔的角膜前停留与滴注后3小时的 Restasis (142 ng/mL) 相比,用载有0.05%CsA的MPEG-hexPLA胶束滴眼液处理 (327 ng/mL)明显改善;在大鼠角膜组织中与Restasis(<2 ng/mL)相比,滴注MPEG-hexPLA胶束的CsA的浓度(1540 ng/g)也显著提高。一些研究表明,在CsA的角膜滞留方面,含有CsA滴眼液的0.5 mg/mL聚乙烯己内酰聚乙酸乙烯脂-聚乙二醇接枝共聚物(Soluplus)胶束优于商用CsA油基10 mg/mL滴眼液;载有a-亚麻酸的Soluplus胶束可延长药物角膜停留时间,且已经研究了该系统对DED的治疗效用。如果这些制剂被商业化,它们可能为DED患者提供更有效和简单的治疗。另一方面,表面活性剂纳米胶束有望提供一种有效的输送治疗药物的方法来治疗DED。在使用雷帕霉素纳米胶束和聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(PEG-DSPE)的实验系统中,自身免疫诱导的泪腺炎症得到抑制,干燥综合征的非肥胖糖尿病模型小鼠的泪液分泌和眼表损伤得到改善。此外,一项研究制备了 0.1%CsA纳米胶束系统,由辛基酚聚醚-40和氢化蓖麻油-40(0.05:1.0,%)的混合聚合物组成,具有非常低的临界胶束浓度(0.00707%),可向兔的角膜、结膜和巩膜递送具有治疗水平浓度的CsA(图5)因此,基于表面活性剂的纳米胶束系统可能是实现改善DED药物治疗的关键。
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4、纳米胶束

纳米胶束是尺寸为5-200 nm的胶体载体系统,由具有亲水头基和疏水尾基的两亲分子组成,被称为表面活性剂纳米胶束。据报道,携带CsA的甲氧基聚乙二醇-己基取代聚丙交酯(MPEG-hexPLA) 聚合物纳米胶束在人角膜上皮细胞中表现出生物相容性,可有效治疗DED。在兔的角膜前停留与滴注后3小时的 Restasis (142 ng/mL) 相比,用载有0.05%CsA的MPEG-hexPLA胶束滴眼液处理 (327 ng/mL)明显改善;在大鼠角膜组织中与Restasis(<2 ng/mL)相比,滴注MPEG-hexPLA胶束的CsA的浓度(1540 ng/g)也显著提高。一些研究表明,在CsA的角膜滞留方面,含有CsA滴眼液的0.5 mg/mL聚乙烯己内酰聚乙酸乙烯脂-聚乙二醇接枝共聚物(Soluplus)胶束优于商用CsA油基10 mg/mL滴眼液;载有a-亚麻酸的Soluplus胶束可延长药物角膜停留时间,且已经研究了该系统对DED的治疗效用。如果这些制剂被商业化,它们可能为DED患者提供更有效和简单的治疗。另一方面,表面活性剂纳米胶束有望提供一种有效的输送治疗药物的方法来治疗DED。在使用雷帕霉素纳米胶束和聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(PEG-DSPE)的实验系统中,自身免疫诱导的泪腺炎症得到抑制,干燥综合征的非肥胖糖尿病模型小鼠的泪液分泌和眼表损伤得到改善。此外,一项研究制备了 0.1%CsA纳米胶束系统,由辛基酚聚醚-40和氢化蓖麻油-40(0.05:1.0,%)的混合聚合物组成,具有非常低的临界胶束浓度(0.00707%),可向兔的角膜、结膜和巩膜递送具有治疗水平浓度的CsA(图5)因此,基于表面活性剂的纳米胶束系统可能是实现改善DED药物治疗的关键。
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5、纳米结构脂质载体

纳米结构脂质载体(NLC)含有大约30%的液体脂质,在固态下缺乏晶体结构。因此,与固体脂质纳米颗粒(SLN)相比,NLC可以在甘油酯的脂肪酸部分之间容纳更多药物。Cys-NLC可以通过与NLCs和硫醇化聚乙二醇单硬脂酸酯 (Cys-PEG-SA)孵育合成,使CsA在兔子的泪液中停留超过6小时而没有刺激。因此,Cys-NLC可能被证明对治疗DED有价值。这些NLC眼用溶液可在角膜表面形成稳定的膜,与基于聚合物的商业人工泪液产品相比,眼表停留良好,这为蒸发型DED模型动物(兔子)的角膜提供了更好的保护。然而,在临床应用之前,还需要进行深入的研究来阐明眼科添加剂的安全性。

6、树枝状聚合物

树枝状聚合物是一种具有径向分支结构的新型聚合物,通常采用围绕核心对称的3D形态。因此它们具有可以封装药物的内部空间,可以充当纳米胶囊。此外,可以通过连接生物相容性聚合物和官能团来装饰树枝状聚合物表面来制备各种功能性树枝状聚合物。因此,树枝状聚合物具有治疗DED的潜在应用。例如,基于聚酰胺胺(PAMAM)的二价水溶性树枝状聚合物显示出对基质的高亲和力可以达到nM水平,这些制剂的功效也在兔子实验性DED系统中得到证明。此外,已经研究了树枝状聚合物-地塞米松偶联物在DED治疗中的用途。然而,其长期安全性尚未在眼部得到充分证实,需要进一步的安全性评估。

7、聚合物

壳聚糖是一种存在于甲壳类动物外骨骼中的阳离子聚合物,具有生物粘附特性。滴注载有CsA的壳聚糖纳米颗粒的兔角膜和结膜中的CsA水平明显高于含有CsA的壳聚糖溶液/悬浮液。此外,壳聚糖包被的CsA脂质体装饰有带正电荷的聚合物壳聚糖,也被认为可以延长药物停留时间并增强药物/纳米载体从膜表面的渗透。在一项研究中,制备了携带编码修饰的MUC5AC蛋白质粒的阳离子化明胶纳米粒子,通过评估健康小鼠和实验性DED模型小鼠中pMUC5AC纳米粒子的递送能力,实验组小鼠中修饰的MUC5AC表达升高,炎症减少,泪液产生得到改善。PLGA是聚乳酸和聚乙醇酸的合成共聚物,以其生物相容性和生物降解性而著称。因此也常用于药物输送系统以治疗眼部疾病。使用纳米沉淀法生成的苯基硼酸修饰的PLGA纳米颗粒中的CsA在治疗DED小鼠模型中也非常有效 。

8、纳米晶片

纳米晶片装载的药物可逐渐从圆盘中释放出来。用于制备纳米晶片的聚合物已被FDA批准供人类使用。因此,该技术可应用于临床研究并在人体中进行测试。即使不断眨眼,纳米晶片也会粘附在眼表上,且透明度不会影响正常视力。纳米晶片中携带的药物会在泪液中溶解缓慢,药物长效释放。研究表明含有地塞米松和羧甲基纤维素的纳米晶片(每天一次,持续5天)的治疗效果与地塞米松滴眼液(每天两次)的治疗效果相似。这些发现表明纳米晶片是治疗眼部疾病的一种有吸引力的选择。

9. 其他产品

一项研究中使用凝胶状甲基丙烯酸酯和透明质酸生产了一种透镜状可生物降解药物递送材料,4℃时稳定,37℃时降解。接触泪液后该材料逐渐降解,进行药物输送。透镜型可生物降解药物递送材料可以使用 3D 打印机制造。未来需要进一步研究以确保镜片的可见度以及降解后保持恒定的药物浓度。

环糊精可以增加药物在泪液中的溶解度和释放时间,并改善药物渗透和生物利用度。据报道,使用这些环糊精制备的CsA滴眼液、他克莫司、依碳酸氯替泼诺和OCS-02(抗 TNF-a 抗体)可有效治疗DED。

粘液渗透颗粒 (MPPs)是一种涂层纳米颗粒,对粘蛋白的亲和力低,能够穿过粘液屏障。KPI-121(0.25%)是一种眼用混悬液,它利用这种策略将依碳酸氯替泼诺有效地沉积到眼组织中,与安慰剂相比可明显减轻DED的症状和体征。已经于2020年获得FDA批准。

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我们需要开发对生理功能影响最小的有效方法来治疗DED。新药和胶体递送系统的引入将获得更有效的DED治疗方法。而纳米技术是再生医学、诊断学、药物输送系统和新药的多功能工具,目前已经在设计基于纳米技术的方法以克服现有眼科制剂治疗眼表疾病的局限性方面取得了显著进展(图6)。一些纳米治疗药物获得FDA批准,还有许多其他药物正在临床试验或处于开发的早期或晚期阶段。因此将纳米制剂用于眼科药物是有希望的,未来我们仍需要进一步研究以解决生物相容性、制剂稳定性、药物释放和药代动力学相关的问题。
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