Adv. Mater. | 眼表疾病预防型多彩纳米酶角膜接触镜(納米角膜接觸)
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本文首发于“纳米酶 Nanozymes”公众号，2023年11月30日。
编辑：吴泓萱
眼表对于维持视力和保护眼睛免受各种外界伤害至关重要。然而，由于其微妙的结构和功能，眼表容易受到各种因素的影响，这可能导致眼表疾病（OSDs）的发生。外界刺激，如病原体、空气污染和紫外线辐射，产生的过量活性氧（ROS）与多种OSDs的发病机制密切有关，包括角膜炎、结膜炎、葡萄膜炎和干眼综合征。然而，传统的局部给药方式由于抗氧化剂吸收差、代谢快、不可逆转的消耗等问题，限制了抗氧化剂的效果。为应对这一挑战，抗氧化型纳米酶，即具有类酶催化活性的纳米材料，因其多功能性、多种类酶活性和高稳定性等优势，被广泛应用于各种生物医学应用中。
近日，中国科学院长春应用化学研究所杜衍研究员联合南京大学现代工程与应用科学学院的魏辉教授在Advanced Materials上发表了题为"Nanozyme-Cosmetic Contact Lenses for Ocular Surface Diseases Prevention"的研究工作，作者将普鲁士蓝纳米粒子（PB NPs）及其类似物（PBAs）装载到商用接触镜基质材料中开发了具有催化清除ROS活性的多彩纳米酶角膜接触镜（CCLs），用于保护角膜组织，预防氧化损伤导致的OSDs（图1）。
图1 （a）多彩PB族纳米酶-CCLs的示意图及其（b）OSDs预防应用。
角膜接触镜在日常生活中常被称为隐形眼镜，可以直接贴附于眼球角膜表面。将具备ROS清除能力的水凝胶材料制成接触镜，可以保证抗氧化型纳米酶与眼表之间的持续接触，从而实时清除眼表过量的ROS，有助于预防和治疗OSDs。将具有多种抗氧化酶活性和高生物安全性的普鲁士蓝族纳米酶装载到了已获得临床批准的聚甲基丙烯酸羟乙酯（pHEMA）中，从而制备出一系列眼表疾病预防型纳米酶多彩角膜接触镜（图2）。这些多彩纳米酶-CCLs中的PB族纳米酶保持了优异的ROS清除能力，基于这种能力，PBFN-CCLs能够有效保护人角膜上皮细胞免受外部ROS或紫外线的伤害。通过金属离子的溶出、细胞相容性和体内生物相容性实验，作者证实了PB族纳米酶-CCLs的高度生物安全性。在大鼠和新西兰白兔模型中PBFN-CCLs对抗多种因素导致的ROS损伤的效果也得到了验证，进一步证明了其在预防OSDs方面的潜力。
图2. 多彩PB族纳米酶-CCLs的制备与表征。
图3. PB族纳米酶-CCLS的生物相容性和细胞保护作用。
作者在验证了PB族纳米酶-CCLs的体外清除ROS活性和生物相容性（图3）后，通过H₂O₂处理来研究它们对ROS诱导的损伤的细胞保护作用。在不同的纳米酶-CCLs组中观察到完整的细胞结构，这得益于PB族纳米酶的细胞保护能力。另外，作者进一步模拟了纳米酶-CCLs在紫外线照射下对角膜组织的保护作用。结果证明，与健康组和纳米酶-CCLs组相比，直接暴露于紫外线的小鼠角膜基质厚度有所增加，体现了纳米酶-CCLs的保护效果。
经过体外验证后，作者探究了PB族纳米酶-CCLs对于对高氧化应激环境中的体内保护作用。他们模拟外部刺激，先在小鼠眼睛中央区域施加H₂O₂，然后再佩戴多彩PB族纳米酶-CCLs。结果显示，角膜上皮层厚度显著增加，而基质厚度减少，这表明多色PB族纳米酶-CCLs能够有效保护角膜组织免受过量ROS的影响（图4）。为了进一步扩展纳米酶-CCLs的应用范围，研究人员使用蓝色FeCCL构建了另一种H₂O₂诱导的兔模型。通过在双氧水诱导的大鼠和兔模型中使用多彩PB族纳米酶-CCLs，结果显示其通过有效清除ROS和调节炎症，具有预防和改善OSDs的潜力。这种独特的特性有助于避免传统CCLs可能带来的潜在炎性反应，并保护处于易患OSDs的高风险群体。
图4. 多彩PB族纳米酶-CCLs体内清除ROS以保护角膜的新西兰白兔模型。
综上所述，这项研究不仅说明了纳米酶角膜接触镜可以保护角膜组织免受外界刺激，从而降低了美容性角膜接触镜可能带来的潜在风险，而且合理地利用了纳米酶的颜色，满足了隐形眼镜的需求。眼表疾病预防型纳米酶接触镜可以为角膜接触镜走向功能强大的可穿戴生物医学设备铺平道路，同时也为纳米材料在临床上的合理应用提供了新的策略。
