聚乙二醇-b-聚(ε-聚己内酯)在内耳给药中的应用研究进展

李煜 综述 戴春富 审校

内耳给药是治疗梅尼埃病、突发性聋等内耳疾病的常用治疗手段，该技术主要是利用某些药物能渗透圆窗及卵圆窗的特点，或者直接运用手术的方法，使药物不经过血-内耳屏障直达内耳组织细胞中，从而对疾病进行治疗[1]。内耳局部用药有着全身用药无法比拟的优点，如药物目的性强，可直接进入内耳，淋巴液中药物浓度高，全身不良反应少等[2]。目前如何有效、精确、定量给药是内耳局部给药的难点。内耳给药技术与纳米技术的结合，在内耳疾病的治疗领域有着广阔的前景。聚乙二醇-b-聚(ε-己内酯)(PEG-b-PCL)是一种近年来发展迅速的纳米材料，具有稳定性好、载药能力强、有靶向性和可控性等优点。为此，本文结合近年来国内外相关文献，对PEG-b-PCL在内耳给药中的应用研究进行综述。

1 内耳给药技术概况

1.1药物转运系统及常用药物 目前内耳给药研究当中，药物的转运主要分为主动和被动两大系统。药物的主动转运系统通常使用外科手术(如耳蜗造口术)的方法放置微流体泵并藉此将药物转运至耳蜗，主要包括导管、微泵转运系统以及微流体交换系统[3]，此外，人工耳蜗的应用也为药物的主动转运提供了可能[4]。药物的被动转运系统主要包括鼓室内注射、置管和渗透泵系统，其中，鼓室内注射的方法具有临床应用方便、费用较低、风险较小、有效性高的优点[5]，是临床工作当中最常用的治疗手段[6，7]。

在药物的使用方面，糖皮质激素应用最为广泛，主要应用于梅尼埃病、自身免疫性疾病、突发性聋和耳鸣等疾病[8，9]。庆大霉素则在控制梅尼埃病眩晕发作方面受到了广泛认可[10，11]。此外，神经递质及拮抗剂、单克隆抗体、细胞凋亡抑制剂等药物也分别被应用于耳鸣、自身免疫性内耳病和耳聋等疾病[6]。

1.2问题与不足 内耳给药技术虽然发展较快，但现有的内耳给药方式依然存在着很多不足。药物主动转运系统虽然可控性强，但其成本较高，技术难度大；而目前临床最常用的的鼓室内直接注射地塞米松、庆大霉素等药物的方法，也存在着诸多问题，如难以对进入内耳的药物进行精确的剂量控制，有可能造成听力和平衡功能损害[12]，药物的扩散主要依赖被动转运的方式，可能会对治疗效果产生影响[13]；直接给药的方式缺乏靶向特定组织和细胞的能力。而PEG-b-PCL载体与鼓室内注射、渗透泵等药物被动转运系统的结合，有望改善和解决目前的状况。

2 聚乙二醇-b-聚(ε-聚己内酯)材料简介

PEG-b-PCL是FDA认证的药物材料[14]，安全性高，属聚合物囊泡类纳米材料，是耳科研究中常用的药物载体。该聚合物囊泡由两亲性嵌段共聚物分子经有序组合形成的双分子层泡状结构[15]，通常，该类材料的合成依赖在水溶液中进行的自组装，比较常见的有聚乙醇/聚氧化乙烯-b-聚酯类囊泡和聚乙醇/聚氧化乙烯-b-聚(L-氨基酸类)囊泡[16]。从化学结构上讲，PEG-b-PCL由聚己内酯构成的疏水性膜，在疏水膜的内外表面的腔隙内嵌有亲水的聚乙二醇，囊泡的中心是一个亲水核。

相比脂质体等纳米载体，PEG-b-PCL体具有更加优越的生物学特性：①嵌段共聚物分子可调节性强，使其具有更强的功能性和更丰富的多样性[17]；②该材料具有亲水核心和疏水性膜，因而其既可以将小分子量亲脂性药物包装在膜中，又可以将亲水性药物以及DNA/siRNA封装入水核之中[18]；③PEG-b-PCL具有相对较厚的膜结构，因此，稳定更性好，储存容量更大，药物存留时间也更长；④它能够将药物转运至内耳并有效释放，使药物在特定结构内聚集。这些特点使之成为非常理想的生物材料和药物载体。

2.1PEG-b-PCL用作药物转运的研究 将药物转运至内耳是PEG-b-PCL作为药物载体应用于内耳给药的基本要求。药物经中耳进入内耳的主要通路有两条，一条路径是经圆窗膜进入鼓阶，另外一条是直接自镫骨足板和环状韧带等结构经卵圆窗进入前庭阶[19，20]，目前，关于纳米材料穿过圆窗膜入内耳的机制研究甚少。圆窗膜超微结构分为外上皮层、结缔组织和内上皮层[21]，圆窗膜外皮细胞拥有较为稀疏的微绒毛，提示其可能具有主动吸收药物的能力；而外皮细胞内丰富的细胞器，如线粒体、粗面内质网和高尔基体可能在药物的主动转运中起到作用[22]。Zou等[23]认为圆窗膜内上皮层的不连续性以及内上皮细胞之间的较为疏松的细胞连接有可能在药物扩散中起到一定作用；而药物进入前庭阶的机制，可能是通过钙离子通道或镫骨足板周围的环状韧带[19,20]。

动物实验证明，PEG-b-PCL能够有效穿过圆窗及卵圆窗进入内耳结构。Zhang等[24]利用荧光技术对PEG-b-PCL进行标记，对8～9月龄的雄性SD大鼠进行圆窗龛处给药，结果显示血管纹毛细血管、基底膜、椭圆囊、球囊、螺旋神经节等结构均有PEG-b-PCL分布；Buckiová等[25]使用细胞膜红色荧光探针对PEG-b-PCL进行标记，利用明胶海绵对成年C3H小鼠进行圆窗膜给药后，螺旋神经节、柯蒂器、血管纹等结构中均有荧光显示，该实验亦对PEG-b-PCL的耳毒性进行了测试，动物ABR和DPOAEs检测结果提示应用该载体不会造成明显的听力损伤；但该实验并未对毛细胞进行形态学检测以进一步证实其安全性。

在对内耳给药方法的研究中，Zhang等[26]分别采取不同给药方式选取大鼠进行活体实验，结果表明，耳蜗造口术是该载体进入内耳最行之有效的方式，而鼓室内注射后载体在前庭的分布更为广泛；作者认为这种结果说明了卵圆窗有可能是PEG-b-PCL进入内耳的最重要途径。

2.2靶向性研究 在靶向研究中，使用最多的方法是对PEG-b-PCL材料表面的聚乙二醇分子进行共轭修饰，将配体与之结合，导向靶细胞，使药物浓集于相应的组织细胞中。

在Roy等[27]的研究中，人神经生长因子hNgf_EE肽序列作为配体与PEG-b-PCL共轭结合，分别应用于体外培养的小鼠耳蜗和PC-12大鼠嗜铬细胞瘤细胞，结果显示酪氨酸激酶受体和P75神经营养因子受体在hNgf_EE的介导下可与纳米载体形成多价键结合，使其表现出对螺旋神经节细胞、雪旺施细胞和神经纤维的高度亲和力以及特殊靶向性；而对照组中未表现出特异的靶向性。另一方面，在该实验条件下PEG-b-PCL未见任何细胞毒性表现。

鉴于上述方案缺乏活体实验以证明其安全性，Tet1肽成为了一种新的选择[28]；Tet1肽氨基酸序列为H-L-N-I-L-S-T-L-W-K-Y-R，它能够与GT1b结合，对已分化PC-12细胞、初级运动神经元和背根神经节细胞有较高亲和力；GT1b受体相关基因在耳蜗中表达，而不参与螺旋神经节细胞的信号转导，这样的特性为Tet1的靶向性和安全性提供了理论依据。

近年来，Prestin蛋白也进入了研究人员的视野，其对外毛细胞的电能动性起到重要的作用[29，30]，并且仅在外毛细胞中表达，这使药物在外毛细胞中特异性浓集成为可能。Surovtseva等[31]在实验中选取与Prestin蛋白有亲和力的A665、A666肽段，将之与PEG-b-PCL共轭结合，该载体在体外培养的大鼠耳蜗外毛细胞中呈现出明显的聚集现象。

对于药物的定向运送，Shapiro等[32]提出了新的思路，该实验建立了全新的双磁体系统，改变了以往常见的单磁体吸引药物的方式，可以将载有磁性药物的纳米载体沿磁场方向送出，并且使磁场强度维持在安全范围之内。双磁体系统推动药物通过圆窗膜作为一种高效的手段，具有广阔的应用前景。

2.3药物控释的研究 PEG-b-PCL作为可生物降解材料，其膜稳定性尤为重要，提高膜稳定性可以有效延长药物存留时间，为药物的控释提供有利条件。在原有结构的基础之上，Katz等[33]对该材料进行扩展，在该研究中，PEG-b-PCL的己内酯末端羟基与丙烯酸盐形成酯键，并在紫外线的照射下高度聚合；新材料运载能力强，膜稳定性明显增加，降解时间进一步延长，代表了纳米材料发展的一种趋势。

关于载体的药物释放，磁场诱导药物释放在抗肿瘤的研究中被证实了具有可行性[34]，其具体方法是将药物包装入聚合物囊泡的同时，在聚合物囊泡的膜中封装超顺磁性氧化铁纳米粒子，在施加高频谐波磁场后，药物被载体释放。这种现象产生的原因有可能是磁场于聚合物囊泡膜处产生局限性高温，促进药物的释放。在未来的研究中，或可将该技术引入到内耳给药的研究中，并与双磁体靶向给药系统相结合，以构建内耳给药的新系统。

2.4安全性 PEG-b-PCL的安全性也是临床应用中的重点问题 Li等[35]对该载体进行了细胞毒性实验，形态学检测结果表明，该载体对Lo2细胞系及LoVo细胞系均无细胞毒性，提示PEG-b-PCL对正常肿瘤组织及正常组织均无细胞毒性。Buckiová等[25]对PEG-b-PCL的耳毒性进行了测试，ABR和DPOAE结果显示该载体对动物听力无明显影响；但该实验并未对毛细胞进行形态学检测。Roy等[27]对PEG-b-PCL在PC-12细胞中的细胞毒性进行了实验，形态学检测结果表明该载体对PC-12细胞无细胞毒性。目前，针对该载体在内耳给药应用中的安全性研究相对较少，仍需进一步探究。

2.5其他 为了解分子量、分子成分对PEG-b-PCL粒子运载能力及稳定性的影响，Ukawala[36]合成含单甲氧基双嵌段共聚物MPEG-PCL，在该实验中，研究人员通过改变ε-聚己内酯与聚乙二醇的比值合成了不同分子量的MPEG-PCL分子，实验结果显示，分子量大小和分子构成比例明显影响载体的药物装载效率、稳定性和药物释放能力；同时，被转运的药物本身也对纳米粒子的稳定性有着一定程度的影响。

如前所述，PEG-b-PCL的结构特点赋予了其优越的特性，但是由于它的稳定性高，合成所需的能量也相应提高[37]，因而增加了生产成本。因此，在制作纳米载体的过程中减少能耗，进而降低成本也是人们关注的方面。Wang等[38]对另一种聚合物囊泡PMPC-PDPA 的研究值得借鉴，在该实验中，研究人员成功使用电穿孔法将6种不同药物封装入纳米载体，而电穿孔后的纳米载体本身并未发生显著的形态学改变，为降低PEG-b-PCL载体药物生产成本，提升生产效率提供了新的思路。

3 总结与展望

PEG-b-PCL是一种安全可靠、稳定性强、具有高运载能力的纳米载体材料，人们在内耳给药的研究中不断对其进行探索与发展并取得了长足的进步。然而，目前对PEG-b-PCL的研究还仍然存在着很多不足，其进入内耳的方式尚不明了，分布情况并不确切，缺乏定量的研究；靶向性以及药物控释等研究也不够成熟，仍有大量的工作需要完成；此外，生产成本相对较高的问题也亟待解决。鉴于其优越的生物学特性和广泛地应用，相信这些问题将会在未来的研究中得到解决，PEG-b-PCL在未来具有很大的临床应用潜力。

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