《AM》上海交大谷平/范先群、苏大陈倩/刘庄：抗炎超分子纳米纤维水凝胶促进年龄相关性黄斑变性治疗

来自上海交通大学的谷平、范先群教授团队携手苏州大学的陈倩、刘庄教授团队设计了可注射抗炎超分子纳米纤维水凝胶，促进年龄相关性黄斑变性治疗。相关研究成果以“Injectable anti-inflammatory supramolecular nanofiber hydrogel to promote anti-VEGF therapy in age-related macular degeneration treatment” 为题，于2022年11月09日发表在《Advanced Materials》（IF：29.4）上。

该研究建立在先前的年龄相关性黄斑变性（AMD）的抗血管内皮生长因子（VEGF）疗法的基础上，通过简单地将倍他米松磷酸盐(BetP)（一种临床抗炎药）、抗 VEGF (用于 AMD 治疗的金标准抗 VEGF 药物）与 CaCl •在玻璃体内注射时，这种基于 BetP 的水凝胶 （BetP-Gel）在能够长期持续释放抗 VEGF 以抑制视网膜血管增殖和减弱脉络膜新生血管的同时，还可以清除活性氧以减少局部炎症。值得注意的是，这种 BetP-Gel 可以显着延长常规抗 VEGF 疗法的有效治疗时间。值得注意的是，基于所有临床批准药物的抗 VEGF 负载超分子水凝胶可以很容易地转化为 AMD 治疗的临床用途，并有可能取代目前的抗 VEGF疗法。

Part.1

研究背景

老年性黄斑变性（AMD）是全世界视觉障碍和严重视力丧失的主要原因，目前可用的治疗方法不尽人意。以往的研究表明，炎症和氧化应激引起的视网膜色素上皮（RPE）损伤参与了湿性AMD血管异常的进展，抗血管内皮生长因子（VEGF）疗法会损害新血管的生长，因此应对该疾病需要更加有效的策略

Part.2

研究方案

该研究的研究人员将磷酸倍他米松（BetP）、抗VEGF与CaCl2混合，制造了一种可注射的抗体负载超分子纳米纤维水凝胶。在玻璃体内注射后，基于BetP的水凝胶（BetP-Gel）在实现长期持续释放抗VEGF以抑制视网膜上的血管增生和减少脉络膜新生血管（CNV）的同时，还可以清除活性氧（ROS）以减少局部炎症。极大地延长传统抗血管内皮生长因子疗法的有效治疗时间。由于抗血管内皮生长因子负载的超分子水凝胶基于所有临床批准药物，可以很容易地转化为AMD治疗的临床使用，有可能取代目前抗血管内皮生长因子疗法。

图1 抗VEGF@BetP纳米纤维水凝胶的制备及其治疗激光诱导的小鼠CNV模型的机制示意图

研究人员将磷酸倍他米松(BetP)、抗VEGF和CaCl2混合制成可注射抗体负载的超分子纳米纤维水凝胶。通过流变实验证实了BetP-Gel凝胶的形成。电镜下观察到BetP-Gel凝胶具有延伸的纳米纤维网络。BetP和钙离子在网状结构中均匀分布。细胞活性分析显示，48小时后，BetP-Gel凝胶处理对细胞活性的影响较小。同样，CCK-8和EdU实验表明，BetP-Gel逆转了H2O2对细胞增殖的抑制作用。

图2 BetP凝胶的特性、凝胶化机制和保护作用

图3 BetP-Gel对激光诱导小鼠CNV模型的保护作用

图4 Anti-VEGF@BetP-Gel在激光诱导的小鼠CNV模型中的长期效果

研究人员使用激光凝固法在小鼠中诱导实验性湿性AMD模型。荧光素眼底血管造影(FFA)、光学相干断层扫描(OCT)和HE染色证实激光光凝后第7天CNV模型成功建立。接下来，进行qPCR和Western blot实验以评估BetP-Gel对激光诱导的小鼠CNV模型的治疗效果。结果显示，ZO-1、RPE65和recoverin的mRNA和蛋白表达水平显著降低，但玻璃体内注射BetP-Gel后，这种降低得到逆转。然后，荧光染色和体内动物实验证明，超分子水凝胶可以实现治疗药物的长期控释和缓释。与基于纳米颗粒的给药系统相比，抗AMD治疗显示出更好的局部药物滞留。然后评价抗VEGF@BetP凝胶玻璃体内注射对湿性AMD动物模型的治疗作用。CNV长度和面积的量化显示，在激光诱导的CNV的治疗中，抗VEGF @ BetP凝胶比抗VEGF更有效，并且抗VEGF@BetP凝胶在减少新血管形成和保护血管渗漏方面优于金标准抗VEGF疗法。

图5 抗VEGF@BetP-Gel的体内抗炎、抗氧化和抗血管生成活性

研究人员对未经治疗、激光诱导的CNV和BetP-Gel治疗的小鼠的脉络膜视网膜平片进行了RNA-seq分析，以进一步评估BetP-Gel的保护机制。结果表明，TNF信号通路和NF-κB信号通路在激光诱导的CNV小鼠中表达上调。基因集合富集分析(GSEA)显示，用BetP-Gel处理CNV小鼠后，TNF-α和NF-κB下调。QPCR和Western blot验证了这一结果，因此注射BetP-Gel或Anti-VEGF@BetP-Gel能有效抑制炎症因子的产生，而Anti-VEGF对这一过程的抑制作用不大。为了进一步验证BetP-Gel的细胞内ROS清除活性，使用DHE染色来评估体内ROS水平。结果表明，BetP-Gel或Anti-VEGF@BetP-Gel能有效抑制H2O2诱导的细胞和激光诱导的小鼠CNV模型的炎症和清除细胞内ROS。此外，内皮细胞(ECs)是新生血管性疾病的主要参与者。内皮细胞产生的血管生成是一个复杂的过程，其中细胞的侵袭和迁移是关键步骤。Anti-VEGF@BetP-Gel强烈抑制人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的侵袭和迁移。管状内皮细胞的形成对血管生成是必不可少的。Matrigel管形成实验表明，Anti- VEGF@BetP-Gel对血管生成有明显的抑制作用。

Part.3

总结与展望

本文合成了一种载有倍他米松磷酸盐的可注射超分子纳米纤维水凝胶。BetP-Gel复合物不仅能释放抗VEGF抑制血管生成，还能通过清除ROS有效抑制炎症，从而增强湿性AMD的治疗效果。减弱湿性AMD患者CNV的金标准是将抗VEGF注射到玻璃体中。本研究的动物实验发现，从BetP-Gel复合物中释放抗VEGF的有效时间可延长三倍，从而大大减少AMD治疗中使用的药物数量和抗VEGF的总量。因此，如果该系统成功转化为临床，可能会给那些因频繁玻璃体内给药而出现严重并发症的湿性AMD患者带来巨大的好处。

来源：眼科材料前沿