引言
听力损失是一种常见的人类疾病，它与认知能力下降、社交障碍、语言功能障碍、自闭症和抑郁症等密切相关。据 2021 年世界卫生组织发布的数据，全球约五分之一的人患有听力损失，预计在未来 30 年这一数字可能会增长 1.5 倍以上。在临床实践中，多种因素如声学创伤、耳毒性药物（顺铂、氨基糖苷类抗生素）、微生物感染和遗传因素等，都可能导致耳蜗毛细胞和听觉神经元的不可逆损伤，这是听力损失的核心原因。
内耳由前庭和耳蜗组成，是治疗平衡和听力障碍的重要药物靶点。传统的全身给药方式，药物通过循环系统进入内耳，但受到血迷路屏障、内耳解剖结构的隐蔽性和复杂性以及局部血液供应不足等限制，治疗效果不佳。目前，针对听力损失的临床前研究主要集中在促进听觉神经元或耳蜗毛细胞的再生和修复，包括向内耳输送细胞或生物活性分子，如干细胞、外泌体、神经营养因子和基因治疗等。然而，内耳复杂的结构和血迷路屏障给这些治疗方法带来了巨大挑战。
随着生物材料技术的发展，基于生物材料的药物递送系统展现出解决这些问题的潜力。与传统治疗方法相比，生物材料能够通过控制和持续释放药物，提高药物的生物利用度。构建可降解、无毒且能负载药物并靶向特定细胞和器官的生物材料，已成为一个重要的研究课题。与全身给药相比，靶向内耳给药具有诸多优势，如药物的持续、调节释放以及减少全身不良反应等。经鼓室内给药是一种常用的靶向内耳给药技术，经耳蜗给药也具有可行性。这些基于生物材料的递送系统通常具有良好的生物相容性，不会在体内引起严重的副作用，还可作为组织支架支持细胞黏附并促进生物活性因子的释放，且能根据患者的疾病状态和解剖结构进行个性化定制，为内耳疾病的治疗带来了新的视角。
解剖与生理
外周听觉器官由外耳、中耳和内耳组成。外耳包括耳廓和外耳道，耳廓收集声音振动，通过外耳道将其传导至鼓膜。中耳位于内耳圆窗膜（RWM）的外侧，包括鼓膜、鼓室、咽鼓管和听小骨，这些解剖结构在将含气外耳道的声能传递到耳蜗的液体环境中起着关键作用。内耳位于耳的最深处，处于鼓室和内耳道底部的交界处，被致密骨包围，由负责听觉功能的耳蜗和维持平衡的前庭组成，其复杂的结构、小尺寸和难以接近性给药物递送带来了很大挑战。
耳蜗是一个盘绕的、中空的骨腔，人类的耳蜗约有 2.5 圈，长度约 31 - 35mm。它由三个腔室组成：前庭阶、鼓阶和中阶，各腔室充满液体，其中前庭阶和鼓阶充满外淋巴，中阶充满内淋巴。前庭阶和鼓阶位于耳蜗的上部，中阶位于它们之间，由 Reissner 膜分隔。Corti 器位于中阶内，固定在基底膜上，是耳蜗的听觉感受器，由三排外毛细胞（OHCs）、一排内毛细胞（IHCs）以及支持细胞和一系列附属成分组成。人类耳蜗约有 15000 个毛细胞，其中约 3000 个 IHCs 和 12000 个 OHCs。IHCs 位于耳蜗螺旋的内侧，由内指状细胞支持；OHCs 位于耳蜗螺旋的外侧，被外指状细胞包围。毛细胞的精确组织对于解码不同强度和频率的声音至关重要，耳蜗顶部的毛细胞检测低频声音，而底部的毛细胞感知高频声音。耳蜗螺旋的中心是蜗轴，充满了螺旋神经节神经元（SGNs），SGNs 的细胞体产生外周突起与 Corti 器中的听觉受体接触，其轴突聚集形成听神经，延伸至中枢神经系统。
内耳疾病
内耳疾病是听力损失的主要病因，常见的临床内耳疾病包括感音神经性听力损失（SNHL）、噪声性听力损失（NIHL）、顺铂耳毒性听力损失和自身免疫性内耳疾病（AIED）。
- 感音神经性听力损失：SNHL 是人类听觉功能障碍的常见表现，通常由毛细胞破坏或凋亡引起，常见原因包括衰老、过度暴露于噪声或使用耳毒性药物等。全球约有 2.78 亿人患有 SNHL，其中包括超过 1% 的儿童。几乎所有的 SNHL 病例都是不可逆的，目前的治疗主要是使用助听器和耳蜗植入，但这些方法不能促进毛细胞再生或阻止听力恶化。因此，研究人员越来越关注针对 SNHL 的分子靶向治疗，推动了安全、高效递送系统的发展，以将新型治疗药物精确递送至内耳的特定治疗靶点。
- 噪声性听力损失：NIHL 的发病率不断上升，与急性或长期暴露于噪声有关。研究表明，长期暴露于超过 85dB 的噪声会损伤毛细胞和听觉神经元，导致听力损失。强烈的噪声暴露会使毛细胞内的自由基水平升高，消耗过多的细胞内抗氧化剂。虽然类固醇、生长因子和抗氧化剂常用于临床研究治疗 NIHL，但直接将这些药物应用于内耳并不实际，限制了其治疗效果。将纳米技术作为药物载体直接向内耳递送小分子药物是一种有前景的治疗方法，目前正在研究中。
- 顺铂耳毒性听力损失：顺铂是一种常用于治疗头颈部肿瘤、肺癌和泌尿生殖系统癌症的化疗药物，但它常常导致不可逆的耳毒性听力损失，通常表现为眩晕和耳鸣。顺铂的耳毒性通常首先影响高频听力，随着治疗的进行可能会影响低频听力，OHCs 比 IHCs 更容易受到影响。研究表明，接受顺铂治疗的患者中，75 - 100% 的人听力阈值会升高。此外，顺铂的耳毒性反应受年龄影响，对老年人和儿童的听力影响更为明显。虽然一些研究探讨了使用抗氧化剂或与铂结合的药物来减少顺铂引起的听力损失，但全身使用这些物质会使顺铂失活，降低其抗肿瘤特性。因此，局部递送抗氧化剂和铂结合剂可以在不影响顺铂抗肿瘤活性的情况下保护毛细胞。
- 自身免疫性内耳疾病：AIED 是一种由自身免疫反应引起的听力损失，1979 年由 McCabe 首次描述。其特征是双侧渐进性感音神经性听力减退，伴有耳鸣和眩晕等症状，通常持续数周至数月。AIED 的治疗包括使用大剂量的全身类固醇、免疫抑制剂（甲氨蝶呤）和某些促炎细胞因子（白细胞介素 - 1β，IL - 1β）等。然而，这些治疗方法的疗效有限，且存在严重的副作用，可能导致药物治疗中断。因此，临床上迫切需要创新、更有效且风险更低的治疗方法。虽然耳蜗植入已被证实是恢复 AIED 患者听觉功能的有效干预措施，但 AIED 患者中的 Cogan 综合征患者，由于内耳炎症反应，可能会出现部分或完全的耳蜗内导管闭塞。因此，对于 AIED 患者，建议在中年早期考虑进行耳蜗植入。
内耳药物递送途径
- 全身药物递送：内耳疾病可通过多种全身给药方式进行治疗，如静脉注射、肌肉注射和口服给药等。1980 年 Wilson 的研究表明，类固醇激素的给药可有效改善 SNHL 患者的听觉功能，随机双盲临床试验显示，口服糖皮质激素的 SNHL 患者有一定的恢复率，而对照组使用安慰剂的改善率为 32%。2019 年美国耳鼻咽喉头颈外科学会基金会发布的临床实践指南建议，对于突发性感音神经性听力损失，应将皮质类固醇作为主要治疗方法，对于特发性突发性感音神经性听力损失，在发病两周内，首选每日 1mg/kg 泼尼松或等效剂量（不超过 60mg / 天）的治疗方案，随着治疗时间的增加，剂量可适当降低。美尼尔病是一种慢性疾病，主要症状为间歇性眩晕，通常持续数分钟至数小时，伴有听力损失和耳鸣等症状。一些研究表明，肌肉注射氨基糖苷类药物可改变负责平衡功能的前庭结构，有助于减轻美尼尔病患者的眩晕症状。然而，全身药物递送存在一些挑战，血迷路屏障阻碍药物在内耳达到足够的治疗水平，限制了药物治疗的效果。高剂量的药物（庆大霉素和链霉素）可能会达到预期的治疗效果，但往往伴随着相当大的毒性和对身体的潜在损害，包括高血压、感染易感性增加以及骨质疏松等全身副作用。
- 鼓室内药物递送
- 鼓膜切开术和鼓室内注射：鼓膜切开术是一种手术操作，通过针刺破鼓膜，以排出鼓室中的液体并进行药物递送，主要用于分泌性中耳炎的诊断和治疗。鼓室内注射是将治疗药物通过注射器经鼓膜切口注入鼓室，主要通过 RWM 促进药物向内耳的递送，是治疗内耳疾病（突发性感音神经性听力损失和美尼尔病）的重要治疗手段。由于全身给药的局限性，鼓室内注射在临床上受到了广泛关注。该方法可绕过血 - 耳蜗屏障，提高治疗效果，并减少全身给药相关的不良身体副作用。研究表明，鼓室内注射后，耳蜗外淋巴和内淋巴中的药物浓度明显高于口服和全身给药后的浓度。由于这些优势，鼓室内注射在临床上越来越多地用于给予皮质类固醇和氨基糖苷类药物，以治疗 SNHL 和美尼尔病。为了比较口服和鼓室内注射皮质类固醇治疗 SNHL 的疗效，Rauch 等人进行了一项随机研究，结果表明鼓室内注射在促进听力恢复方面与口服给药同样有效。最近，Jung 等人制备了粒径为 250 - 350nm 的地塞米松磷酸钠（Dex SP）纳米悬浮液，并通过鼓室内注射给药，在注射后 6 小时内，在外淋巴和耳蜗组织中均检测到高药物浓度，即使在高达 20mg/mL 的浓度下也未观察到毒性。然而，鼓室内注射在治疗内耳疾病时，不同患者之间的治疗效果存在差异，这是由于药物在内耳的散射不一致。药物穿过 RWM 的渗透效率取决于药物分子与 RWM 的接触时间和穿过该屏障的药物体积，且鼓室内注射药物向内耳的散射缺乏靶向受损区域的精确性。此外，药物在鼓室中的作用时间较短，通常需要在几天内反复注射以维持足够的药物浓度。因此，设计和开发能够延长药物在内耳存在时间、同时提高选择性和精确性的药物递送系统至关重要。
- 微导管、微渗透泵和微针：由于内耳临床干预的解剖空间有限，需要一种高度靶向和精确的药物递送方法来治疗内耳疾病，基于微系统的方法（微导管、微渗透泵和微针）为精心管理内耳疾病的药物治疗提供了可行的手段。IntraEAR 公司设计了用于圆窗给药的μ−Cath=和e−Cath−1微导管，以实现精确的内耳药物递送，其中e−Cath−n具有三个分别用于输注、泵送和检测听觉信号的腔室。配备控释机制的微导管可通过鼓膜瓣插入圆窗龛，而不会对鼓膜造成损伤，然后与电子泵连接，将治疗药物（人工外淋巴、神经营养因子、庆大霉素和糖皮质激素）注入微导管并递送至内耳。为了评估微导管通过 RWM 递送药物对听力损失的治疗效果，研究人员对听力受损患者进行了微导管给予地塞米松或庆大霉素的治疗，并与等量的耳蜗内注射进行比较。结果显示，治疗一个月后，微导管组有 40.6% 的患者听力得到改善，优于耳蜗内注射组（20.6%）和对照组（7.7%）。大多数患者的眩晕和耳鸣症状得到控制，且耳蜗或前庭功能没有明显下降。此外，借助光学相干断层扫描（OCT）技术，研究人员可以通过测量 RWM 厚度来检测其破坏情况，并有助于非侵入性地识别内淋巴积水。对 Corti 器进行免疫荧光标记以评估毛细胞的保留情况，结果表明，虽然微导管可能会暂时改变 RWM 的机械性能，但递送如脑源性神经营养因子（BDNF）等药物可以减轻微导管递送药物导致的听力损失。因此，在药物给药过程中，微导管和持续 “湿润” 治疗对圆窗膜完整性和功能的影响需要进一步研究。
微渗透泵通过在耳后切开一个切口，将微导管推进到圆窗龛，然后通过与导管相连的外部微渗透泵实现药物的持续给药。微渗透泵可通过微导管以均匀、连续的速率将药物释放到圆窗龛中，该系统可提供 0.1 - 2mL 的可变药物体积和 0.1 - 10μL/h 的可调流速，从而维持外淋巴中稳定的药物浓度。DURECT 公司生产的 Alzet 渗透泵常用于实验动物研究，以实现有效的长期药物递送。研究人员在豚鼠中进行了单侧微渗透泵和套管植入，并使其暴露于 120dB 的声压级下 4 小时以引起听觉阈值的变化。听觉脑干反应（ABR）评估结果显示，在噪声暴露前，植入和未植入微渗透泵的耳朵之间的阈值变化没有显著差异，但在暴露 7 天后，两组之间出现了明显的差异，植入微渗透泵的耳朵在 8 个测试频率中的 5 个频率上阈值变化明显减小。此外，Jana 等人将微渗透泵与 3D 打印技术相结合，创建了一个受内耳启发的神经突触生长腔（NOC），使泵能够实现长期药物递送。在两周的时间里，利用微渗透泵的药物递送功能，用神经生长因子 - 3（NT - 3）治疗螺旋神经节外植体，结果显示与其他组相比，神经突起生长显著增强。这些发现表明，微渗透泵可以有效地与其他药物递送方法结合，模拟体内长期药物递送，从而评估渗透泵递送因子在数周内对内耳组织进行周期性替代的生物学效果。
微针由排列在基底上的微米级小尖端组成，通常体长为 50 - 2000μm，直径为 1 - 100μm，其大小、长度、形状和材料可根据治疗的具体要求进行个性化定制。自 1998 年首次通过反应离子蚀刻技术制备出微针阵列以来，微针在生物流体采样和药物递送系统等领域得到了广泛应用。近年来，研究人员开始探索微针在内耳疾病药物递送中的应用。RWM 是通过耳蜗途径进行药物给药的主要靶点，使用微针对 RWM 进行穿刺可以精确调节穿孔的尺寸和程度，从而最大限度地减少对解剖结构和功能的损伤。在开发用于药物递送的微针时，需要考虑三个基本特征：所用材料的高强度和延展性、亚微米级的精度和准确性以及设计的灵活性，以便为内耳的靶向药物治疗定制微针的几何形状。微针可根据其特性分为几类，包括实心微针、涂层微针、空心微针、溶解微针和水凝胶微针。研究人员通过双光子聚合光刻技术制备了空心微针，可穿透人和豚鼠的 RWM，用于抽取外淋巴和向内耳递送治疗药物。Pawley 等人设计了一种由聚乳酸 - 乙醇酸共聚物（PLGA）制成的聚合物微针，其中浸渍了治疗药物，旨在穿透 RWM 并在较长时间内持续递送药物。Aykut 利用双光子光刻和电化学沉积技术制造了超尖锐的镀金铜微针，在穿透 RWM 进行药物给药时对组织的损伤最小。Leong 开发了一种 3D 打印的微针平台，用于诊断应用中的外淋巴抽取和治疗物质的耳蜗内给药。在这项研究中，研究人员检查了微针介导的 RWM 穿孔的解剖学、生理学和蛋白质组学结果，ABR 结果表明微针介导的 RWM 穿孔不会导致听力损失，且可在 48 - 72 小时内愈合。总之，微针介导的 RWM 穿孔可以在内耳药物递送过程中最大限度地减少解剖和功能损失，且微针技术有助于精确调节给药剂量和浓度，提供了鼓室内注射无法实现的安全性和有效性水平。
- 水凝胶递送系统：水凝胶是由交联聚合物形成的水膨胀网络，通常具有多孔的三维结构，广泛用作组织和器官再生中的药物递送载体。在耳蜗中，载药的水凝胶通常制成微球、微针等形式，通过修饰粘附因子（聚多巴胺，PDA）可使其粘附在 RWM 上，从而实现有效的药物递送。在一项研究中，Chen 等人合成了用聚多巴胺修饰的明胶甲基丙烯酸酯（GM）微球，并将其包裹在依布硒脂质体中，制备出一种新型的粘性可注射制剂，即 GM@PDA@Lipo Ebselen 微球。研究人员将 GM@PDA@Lipo Ebselen 微球注射到 RWM 上，由于 PDA 的粘附特性，微球在中耳腔内牢固粘附，可在中耳腔内保留一周以上，持续释放包裹的药物。免疫荧光分析表明，GM@PDA@Lipo Ebselen 微球可保护 OHCs 和突触蛋白免受噪声诱导的损伤，用这些微球治疗后，小鼠的听力在所有频率上都恢复到正常水平。这些发现表明，GM@PDA 能够有效地将 Lipo Ebselen 递送到中耳，实现药物的持续释放，为 NIHL 小鼠提供了显著的治疗益处。
在另一项研究中，研究人员利用微流体技术开发了 GelMA 微凝胶，并将地塞米松磷酸钠（Dexsp）包裹在其中用于治疗 NIHL。通过同轴微流体芯片在窄喷射模式下制备得到 Dexsp@GelMA 微凝胶，将 GelMA 和 Dexsp 的预凝胶溶液乳化形成液滴结构，然后通过紫外线（UV）照射进行交联和聚合。微凝胶的尺寸可通过调节微流体操作参数来控制，合适尺寸<
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