阿托品制剂与纳米缓释给药的临床应用进展

童瑶，骆阳，陈曦，付燕，杨路

近年来，近视逐渐成为一项重大公共社会问题，且高发性及低龄化的特点越加明显，病理性近视即将成为首要的致盲性眼病，严重影响军事、航空航天及消防等国家安全领域。迄今为止，阿托品滴眼液是唯一经循证医学验证能够有效治疗近视的药物。然而，在临床上，阿托品滴眼液控制近视的使用仍然存在很多剂量安全性及疗效不确定性问题，且眼内生物屏障经常导致药物的眼内输送效率欠佳。目前药物的缓释技术已逐渐成熟，其中纳米缓释制剂已广泛用于眼部药物输送的研究，有效改善眼部给药的安全性及有效性。本文概述了阿托品控制近视的机制、临床应用以及纳米缓释技术应用现状，并对新型阿托品眼部给药系统进行展望。

1 阿托品防控近视的机制与临床应用

1.1 阿托品控制近视的机制 阿托品作为毒蕈碱乙酰胆碱受体（M 受体）阻断剂，能非选择性地阻断乙酰胆碱与各种M受体亚型间的相互作用，早在上个世纪便被尝试用来控制近视。但是，因为发热、眼压升高等副作用较明显，限制了其临床使用的推广，并且在防控近视方面，阿托品滴眼液的具体作用机制尚不明确。目前受到较多认可的主要是M 受体的阻断作用和其他因子的介导作用。

1.1.1 M受体的阻断作用 临床上“调节滞后理论”认为，双眼视物时成像在视网膜后是因为调节作用持续但不充分使其成为促使眼轴持续增长的信号[1]。阿托品抑制眼球增长从而控制近视的机制最开始被认为是作用于M 受体阻断了其调节作用。Leech 等[2]为探究在近视防控中起效的具体M 受体亚型以及体内的分布部位，其用反转录测序法证实了M受体5 种亚型的基因在树鼩的巩膜、视网膜及脉络膜等组织均有不同程度的表达。Stone 等[3]也通过诱导小鸡眼的形觉剥夺性近视（FDM），证明选择性M1 受体阻断剂哌仑西平与阿托品都能减缓眼轴的增长。Yin 等[4]则证实M1 受体并不在小鸡眼中表达，这一研究提示哌仑西平控制近视的作用可能是由M4 受体介导的，因为M1 受体与M4 受体对哌仑西平的亲和力之比只有4∶1。Arumugam 等[5]则直接在树鼩的玻璃体腔内注射高选择性M1 受体阻断剂和M4 受体阻断剂，结果提示M1、M4 两种受体亚型介导了对FDM 眼轴增长的抑制作用。

1.1.2 其他因子的介导作用 阿托品通过介导其他神经递质的释放缓解近视进展的机制目前也被广泛接受，其中最被认可的是阿托品通过促进多巴胺（DA）的释放从而抑制近视。Schwahn 等[6]的研究表明，阿托品能通过诱发视网膜内网状层的细胞去极化，促进细胞储存的多巴胺释放，从而控制近视的增长。

此外，Qu 等[7]培养的人巩膜成纤维细胞显示5个毒蕈碱受体的mRNA 表达，这表明巩膜可能是一个潜在的作用位点。而Barathi 等[8]的研究则显示在阿托品药物治疗后，除了形觉剥夺诱导近视的小鼠外，巩膜上M1、M3 和M4 受体的mRNA 水平都在上调，没有使用阿托品的正常组小鼠与FDM组小鼠其受体则没有发现明显变化。

1.2 阿托品的临床应用与不良反应 1%阿托品在1989 年便开始被用于防控近视，自临床应用以来，其比较显著的近视防控效果就引起了广泛关注，但较高的不良反应发生率也限制了相对高浓度的阿托品滴眼液在防控近视方面的推广与应用。1999 年，Shih等[9]尝试探究降低阿托品滴眼液的浓度减轻其不良反应，他们将近视儿童分别分为0.1%、0.25%、0.5%三种浓度的阿托品的实验组及对照组，2 年后随访显示0.5%浓度的阿托品滴眼液防控近视效果最佳，而Audrey等[10]在2012—2016 年通过观察0.01%、0.1%和0.5%三种浓度阿托品滴眼液组不同阶段的作用研究显示，在对近视调节以及瞳孔大小的影响方面0.01%阿托品显示出更高的安全性，并且能有效防控近视进展，并提出0.01%阿托品可作为6 ～12 岁儿童安全有效的一线治疗药物。然而，早在1987 年North 等[11]关于阿托品滴眼液的全身及局部反应研究提到一系列副作用，如过敏反应乳头状结膜炎、眼睑水肿及接触性皮炎；作用于瞳孔导致瞳孔扩大时会导致房角变浅，阻碍房水的回流，从而升高眼压诱发青光眼；扩张瞳孔引起畏光以及睁眼困难等；由于泪腺被抑制导致泪液减少引起干眼。另外，在意外摄入药剂或软膏后，它也能迅速从肠道吸收，引起阿托品中毒的全身体征，如腺体分泌减少而导致的皮肤、口腔、喉咙干燥，心动过速、脉搏急促细弱，面部及颈部皮肤发红等，更严重的中毒病例会导致共济失调、失眠、嗜睡、抽搐、高烧和昏迷等。

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2 纳米缓释系统临床研究现状

由于各种解剖障碍和眼中普遍存在的清除机制，传统的滴眼液给药方式其药物利用度较低，到达房水的药物不到5%，例如，在使用环孢素浓度为0.05%滴眼液治疗干眼症后，95%以上的药物经鼻或结膜吸收到达体循环，而更具侵入性的方法则会对眼睛造成不良影响。由于纳米材料独特的生物利用度高及副作用少等特性，将其与传统给药方式结合实现纳米缓释给药，在临床上具有广阔的临床应用前景。目前，各种类型的纳米控释系统包括纳米胶束、纳米颗粒、纳米悬浮液及纳米复合水凝胶等均已被用于搭载药物。

2.1 纳米胶束 胶束的尺寸范围在20 ～120 nm，是具有核壳结构的胶体载体体系，一般由二嵌段或三嵌段共聚物组成，疏水小分子可以封装在亲水亲油性嵌段共聚物中。聚合物胶束的结构特征有助于避免药物的降解及意外损失，并防止药物从体循环中快速清除[11]。此外，理想的聚合物胶束也被证明能够降低治疗性化合物的毒性，药物副作用通过此胶束可以在很大程度上得到缓解[12]。

目前，纳米胶束在眼部给药系统中已经有了较为广泛的研究。Civiale 等[13]使用携带地塞米松的纳米胶束兔眼给药，抽取少量房水并研究该配方的时间-浓度曲线。结果表明与传统地塞米松悬液相比，纳米胶束中的地塞米松利用度明显提高。同时，其胶束配方时间-浓度曲线面积比地塞米松对照组高约40%，这也表明了纳米胶束改善药物传递并提高在眼组织中的利用度的可行性。Cholkar 等[14]也将环孢霉素（CsA）包裹在纳米胶束内，研究了新西兰兔眼部CsA 的组织分布。研究显示眼前部组织中与视网膜中CsA 浓度都较高，同时也没有检测到明显的毒性。Mitra 等[15]也介绍了一种基于非离子表面活性剂的新型胶束制剂，用于装载和传递各种抗炎药物。然而，与传统滴眼液相比，评价药物给药到角膜效率的体内药代动力学研究并未显示出来。

纳米胶束在安全检测和质量控制等方面报道较少，考虑到在制备过程中使用了较少的辅助材料，因此，推测纳米胶囊相对安全。此外，在保存中，纳米胶束倾向聚集。因此，纳米胶束在体内的稳定性也有待进一步研究。

2.2 纳米颗粒 纳米颗粒直径在10 ～1 000 nm，通常由蛋白质、脂质及其他聚合物组成。纳米胶囊和纳米球是其主要存在形式。在纳米胶囊中，聚合物外壳通常包裹在药物外面。然而，在纳米球中，药物分布较均匀，对组织的刺激更少，并且可以长时间停留在眼表以避免短时间内持续重复给药。Ideta 等[16]证明了纳米颗粒可以附着在眼表黏膜持续较长时间而不被迅速清除。Pescina 等[17]研究发现它们不仅具有理想的生物相容性和可降解性，也能准确结合药物靶点的配体。

聚丙交酯-乙交酯（PLGA）是一种已被广泛研究的纳米颗粒载体。在一项研究中，Varshochian 等[18]制备出搭载含有贝伐珠单抗的白蛋白的PLGA纳米颗粒，并单剂量注射到兔体内治疗眼部的新生血管疾病。结果显示，通过PLGA 纳米颗粒释放的贝伐珠单抗在玻璃体中药物浓度维持在500 ng/ml 以上约持续8 周时间，而传统药物在玻璃体中半衰期较短，从而需要频繁的玻璃体内注射。在另一项研究中，Vasconcelos 等[19]试图将PLGA-PEG 纳米颗粒与一种肽结合用于眼部给药。实验结果也表明，从纳米颗粒中释放的药物在局部组织停留时间更长。当纳米颗粒与带正电荷的药物结合后，可以使药物更好的穿透角膜，从而提高生物利用度。这是因为纳米颗粒与带正电荷的药物组合后表面带正电荷，可以促进药物穿透到角膜内部到达眼底，也能有更好的治疗效果。其他药物如地塞米松[20]、司帕沙星[21]均被验证可以成功结合纳米颗粒，并显著提高生物利用度。

在进一步的研究中，Raju 等[22]也评估了纳米颗粒的安全性，发现玻璃体内或前房注射纳米颗粒对视网膜结构、感光功能或房水引流系统几乎没有毒性。然而，许多种类的纳米颗粒都是不稳定的。Tommaso等[23]提到了纳米材料的冻干保存以提高配方的稳定性，但目前还没有充分的研究来检查其配方的尺寸、多分散性指数和胶凝形成的百分比等。

2.3 纳米复合水凝胶 纳米载体的水凝胶是通过将溶液与亲水性聚乙二醇聚合物（如PCL-PEG-PCL、PEO-PPO-PEO、PLGA-PEG-PLGA、聚乙二醇HS-15）溶液或聚乙二醇化纳米载体混合来制备。它们不仅可以将亲水性药物封装到水凝胶中，还有利于具有不同溶解性能药物的共递送。Li等[24]构建了一种由PEGPCL 二嵌段聚合物和环糊精（ -CD）组成的胶束超分子水凝胶，用于局部眼部递送疏水性药物双氯芬酸。体外释放研究表明，水凝胶的药物释放速率受-CD浓度的强烈影响，对角膜上皮细胞的毒性相对较低，对兔眼无刺激性。此外，与平晶胶束制剂相比，水凝胶相对延长了兔角膜表面的保留时间，提高了眼部给药的利用度。同样，由PEG-PCL 和-CD 组成的超分子水凝胶，也被研究用于阿瓦斯汀（Avastin）和地塞米松磷酸钠（Dexp）的共同递送。在大鼠碱性烧伤模型中，Dexp-Ava 水凝胶大大减轻了角膜炎症，并显著抑制了角膜新生血管。

目前，水凝胶已被证明具有延长在角膜前表面积上的停留时间，在给药部位控制或维持药物释放，同时递送多种药物的潜力。但大多数研究都集中在小分子药物的递送上，表现出许多与递送相关的局限性。另一方面，其在解决视网膜生物制剂递送的当前局限性方面显示出巨大的潜力，应更加注意应用水凝胶将复杂的生物大分子输送到眼睛后部用于治疗视网膜疾病，并促进其临床转化。

2.4 纳米悬浮液 纳米悬浮液是一种对眼几乎无刺激的超微药物颗粒构成的胶体扩散体系。早在2004年，Patravale 等[25]就提出，纳米悬浮液可以延长药物在眼球表面的停留时间，在携带疏水分子方面具有广阔的临床前景。

到目前为止，许多研究已经证实纳米悬浮液可有效携带皮质类固醇。强的松、氢化可的松及地塞米松等均是首选治疗眼前段炎症的皮质类固醇，然而，经常大剂量使用这些药物可能会导致严重并发症，如视神经损伤、青光眼和白内障等。因此，研究者们试图通过纳米悬浮液携带皮质类固醇，以提高其生物利用度。Kassem 等[26]通过研究发现，被纳米悬浮液包裹的皮质类固醇比其他种类的皮质类固醇溶液具有更好的溶解度，其效果更显著。Ali 等[27]也研制出氢化可的松纳米悬浮液，将氢化可的松溶液组作为对照，发现分别局部给药后，氢化可的松纳米悬液制剂的保留时间延长。纳米悬浮液也成功的递送其他药物，比如普拉洛芬[28]、莫西沙星[29]及环孢素[30]。

纳米悬浮液的发展相对于其他纳米材料相对缓慢，需要更多的研究来创造更多的新型纳米悬浮液，以提高药物递送的效率。

3 阿托品纳米缓释系统的应用现状

3.1 阿托品应用于眼部的缓释 目前临床上用于近视防控的最有效手段是低浓度阿托品滴眼液[31]，传统的的阿托品滴眼液制剂易被清除，同时存在各种生物膜的屏障阻碍其到达眼底更好的发挥治疗作用。2019 年，于军军等[32]利用搅拌法制备了阿托品-环糊精混悬型滴眼剂，并在家兔眼上验证其配方提高了阿托品在眼组织中的生物利用度，加快了其吸收速率，增加了在眼部的停留时间并降低了清除率，同时也增加了眼球后部对阿托品滴眼液的吸收。He等[33]则提出了一种使用甲基丙烯酸官能化的-环糊精（MAA- -CD）单体的分子印迹聚合物（MIPs）的新方法，制备出了pH 值敏感的新型阿托品分子印迹聚合物微球。结果显示，其作为单体在给药方面表现优越，且具有持续的活性。另外，本课题组也制备出植入阿托品药物的硅胶隐形眼镜，并通过细胞和动物实验验证了其配方的安全性和控制近视的有效性[34]。

3.2 阿托品应用于非眼部的缓释 阿托品应用于非眼部时一般主要用于提高心率，但由于半衰期短导致作用时间短，并且有一定副作用，因此限制了阿托品在心脏慢性病如病态窦房结综合征等的应用，有研究制备了阿托品磁靶向纳米缓释制剂，构建了磁性纳米药物的载体负载阿托品，研发出具有心脏靶向性的阿托品缓释药物，让其作用于心脏的同时减小对其他器官的不良反应，并能延长作用时间，有望用于长效提高心率[35]。硫酸阿托品缓释片也被成功制备出来，并研究了其各温度下的药物浓度以探索最佳保存条件[36]。然而，以上方法制备得到的缓释制剂稳定性都欠佳，并且没有进行具体的动物实验验证其安全性及应用于临床的有效性。

4 展望

关于纳米缓释系统在阿托品眼部给药中的应用并不多，而上述研究结果也证明，将纳米缓释系统作为载体，不仅能有效减轻药物的副作用，也能通过提高药物停留时间减少给药频率，从而提高药物的生物利用度，更有利于治疗眼组织病变，具有很好的应用前景。但同时，也存在其稳定性低、安全性评价较少等问题。在方法上，可联合纳米材料对阿托品滴眼液进行加工，制备出可控的阿托品纳米释药系统，从而达到更好的控制近视效果，也需进行大量的实验室研究和临床试验，在保证其能够有效防控近视的同时，保障其对人体乃至自然环境安全无害，让纳米缓释更广泛有效的应用于临床近视防控中。