你是否曾注意到视野中有些飘动的小影子?这些恼人的"飞蚊症"其实是由于玻璃体内的胶原蛋白聚集形成的混浊物。随着年龄增长或近视加深,玻璃体中的透明质酸逐渐与胶原纤维分离,导致胶原纤维聚集形成阴影,严重影响视觉质量。目前临床上主要采用玻璃体切除术或YAG激光玻璃体溶解术,但前者侵入性强且易引发白内障,后者则因使用高能量激光而存在损伤视网膜和晶状体的风险。
面对这一临床挑战,根特大学的研究团队在《Materials Today Bio》上发表了一项创新研究,他们开发了一种新型纳米颗粒,能够以更安全、更高效的方式清除这些玻璃体混浊物。研究人员将目光投向了临床已批准的造影剂吲哚菁绿(ICG),该染料在纳秒激光脉冲照射下能够产生蒸汽纳米气泡(VNBs),通过光机械力破坏胶原聚集体。然而,游离的ICG分子较小,容易渗透到视网膜中,存在潜在的视网膜毒性风险。
为解决这一问题,研究团队设计了两类ICG纳米颗粒:ICG脂质体(ICG LIPs)和ICG纳米聚集体(ICG AGG NPs)。他们采用薄膜水化法制备脂质体,通过乳化-溶剂蒸发技术构建纳米聚集体,并使用动态光散射(DLS)、紫外-可见吸收光谱、冷冻电镜(cryo-EM)等技术对纳米颗粒进行表征。通过暗场显微镜观察VNB生成,建立胶原云模型量化光致破裂效果,并利用牛视网膜外植体评估视网膜渗透性,通过CellTiter-Glo®活力测定评估细胞毒性。
研究结果揭示了几个关键发现:
制备和物理化学表征ICG负载脂质体
研究人员成功制备了PEG包被和HA包被的ICG脂质体。离心纯化后的脂质体(P-LIPs)虽然封装效率较高,但无法产生VNB;而仅透析未离心的脂质体(AC-LIPs)因含有ICG聚集体,能够有效生成VNB。冷冻电镜显示ICG-PEG P-LIPs具有空心核心,ICG主要分布在脂质双层中。
ICG负载脂质体的VNB生成特性
ICG-PEG AC-LIPs在561 nm纳秒激光照射下能够产生大量VNB,阈值约为1.1 J/cm2,而纯化后的ICG-PEG P-LIPs在相同条件下无法生成VNB。
脂质体体外评估浮子光致破裂
只有含有ICG聚集体的AC-LIPs能够在低能量激光脉冲下有效破坏胶原纤维,而P-LIPs和未加光敏剂的对照组均无明显效果。
制备和光物理表征ICG纳米聚集体
研究团队开发了由DOPE-HA稳定的ICG纳米聚集体,粒径约463 nm,zeta电位-25.0 mV。该颗粒表现出聚集引起猝灭(ACQ)效应,吸收光谱展宽,荧光显著淬灭。DOPE-HA的稳定作用对形成单分散纳米聚集体至关重要。
表征ICG纳米聚集体的VNB生成和体外浮子光致破裂
ICG AGG NPs在561 nm和800 nm波长下均能有效产生VNB,阈值分别为1.78 J/cm2和1 J/cm2。数值模拟表明,VNB生成主要取决于是否达到水汽化阈值温度,而非绝对吸收系数。两种波长下均能实现胶原纤维的完全破坏。
体外浮子光致破裂定量模型
研究团队建立了基于散射强度测量的胶原云模型来量化光致破裂效果。ICG AGG NPs在3个脉冲内可使散射强度降低70%,而游离ICG在8个脉冲后仅降低20%,ICG脂质体则无显著效果。竞争结合实验表明,ICG AGG NPs的优异性能主要源于其预形成的聚集状态,而非胶原亲和力差异。
ICG纳米聚集体的体外和体外安全性评估
荧光标记的ICG AGG NPs在牛视网膜外植体中主要停留在视网膜表面,而游离荧光素则广泛渗透到视网膜组织中。细胞毒性实验显示,ICG AGG NPs在MIO-M1(Müller细胞)和ARPE-19(RPE细胞)中均表现出良好生物相容性,仅在最高浓度(50 μg/ml)时对RPE细胞有轻微毒性。
研究结论强调,ICG纳米聚集体成功平衡了治疗效果和安全性需求。与传统脂质体相比,ICG聚集状态是有效产生VNB的关键因素。该技术使用临床批准的ICG和接近临床使用的激光参数(561 nm,<7 ns脉冲),总光剂量比临床YAG激光治疗低103-106倍。纳米颗粒的大小设计(约450 nm)既保证了玻璃体内的扩散能力,又限制了视网膜渗透。虽然HA包被可能通过CD44受体增强细胞摄取,但毒性研究表明其安全性可接受。这项研究首次证明了染料负载纳米颗粒能够实现高效的VNB介导玻璃体混浊光致破裂,为飞蚊症治疗提供了具有转化潜力的新策略。