负载伏立康唑与姜黄素的纳米海绵水凝胶的局部递送用于治疗白念珠菌感染：体外、离体与体内评估

《Journal of Pharmaceutical Innovation》：Fabrication of Curcumin and Voriconazole-Loaded Nanosponges Hydrogel for Topical Treatment of Candida albicans: In Vitro, Ex Vivo, and In Vivo Assessments

内容推荐 为提升伏立康唑(VRC)与姜黄素(CRM)的溶解度、皮肤沉积与协同抗真菌活性，并规避VRC口服副作用，本研究创新性地采用乳化溶剂扩散法制备了由乙基纤维素(EC)与聚乙烯醇(PVA)构成的聚合物纳米海绵(NSs)载药系统，并进一步将其与1% Carbopol?934结合形成局部水凝胶。通过32全因子设计优化得到最佳纳米海绵处方(F1)，并将其与CRM以不同比例(1:1, 2:1, 1:2)复合，得到三种复合NS水凝胶(C1, C2, C3)。其中，VRC:CRM为2:1的C2水凝胶展现出最强的抗白念珠菌活性、最高的皮肤沉积量与最优的体内治疗效果，表明NSs水凝胶是VRC与CRM局部递送的极具前景的载体。

皮肤真菌感染，特别是由白念珠菌引起的感染，是全球性的公共卫生问题，对免疫功能低下者尤具威胁。作为一线治疗药物，伏立康唑(Voriconazole, VRC)具有广谱、强效的真菌杀灭作用。然而，其水溶性差、口服给药生物利用度不稳定以及可能引起皮疹、肝肾功能异常等严重副作用，限制了其临床应用。与此同时，源自姜科的天然化合物姜黄素(Curcumin, CRM)虽展现出不俗的抗真菌活性，但其水溶性差、稳定性不佳等问题同样制约了其药效发挥。更为关键的是，VRC与CRM联合使用在理论上是绝佳的“协同搭档”：CRM可以增强唑类药物诱导的麦角固醇耗竭，使真菌细胞膜更脆弱，并有助于克服限制唑类药物疗效的耐药机制。那么，能否开发一种新型递送系统，将这两种药物“打包”并精准送至皮肤感染部位，既能提高它们的溶解度和局部沉积，又能发挥协同增效作用，同时规避VRC的系统性副作用呢？

近日，一项发表于《Journal of Pharmaceutical Innovation》的研究给出了肯定的答案。研究人员巧妙地将目光投向了“纳米海绵(Nanosponges, NSs)”——一种具有三维网状多孔结构的微小载体。这种海绵状的纳米颗粒能够同时包载亲水性和疏水性药物，具有高稳定性、高载药效率和可控释放等优点。该研究团队创新性地开发了负载VRC和CRM的聚合物纳米海绵，并将其嵌入到便于局部使用的水凝胶基质中，旨在通过局部给药途径，高效治疗白念珠菌皮肤感染。

为了开展这项研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：采用乳化溶剂扩散法制备了以乙基纤维素(EC)为聚合物、以二氯甲烷(DCM)为交联剂、以聚乙烯醇(PVA)为稳定剂的VRC负载纳米海绵。运用3²全因子实验设计，以EC和PVA的百分比为自变量，以产率(PY%)、粒径(PS)、多分散指数(PDI)、Zeta电位(ZP)和包封率(EE%)为响应值，对处方进行了系统优化。通过动态光散射、扫描电镜(SEM) 和透射电镜(TEM) 对纳米粒的理化性质及形貌进行了表征。将优化后的纳米海绵与CRM以不同比例复合，并掺入Carbopol^?934制成水凝胶，对其pH、铺展性、载药量及体外释放行为进行了评价。采用Kirby-Bauer纸片扩散法评估了各水凝胶处方对白念珠菌(ATCC 10,231菌株)的体外抗真菌活性。通过差示扫描量热法(DSC) 和傅里叶变换红外光谱(FTIR) 分析了药物与辅料间的相互作用。利用新生大鼠皮肤进行了离体渗透和皮肤沉积实验。最后，通过建立免疫抑制雄性白化大鼠的皮肤白念珠菌感染模型，对优化处方的体内疗效进行了微生物学计数和组织病理学评估。

研究取得了以下一系列重要结果：

1. 分析因子设计与优化纳米海绵(ONS)的选择

通过3²全因子设计，研究人员系统考察了EC和PVA浓度对纳米海绵各项关键性质的影响。结果表明，EC浓度(X₁)的增加会显著降低产率(PY%)，但会增大粒径(PS)和多分散指数(PDI)。PVA浓度(X₂)的增加则会增大PS和PDI，并显著降低Zeta电位(ZP)，但会提高包封率(EE%)。最终，软件根据期望函数选择出最优处方(F1)，其组成为0.5% EC和0.5% PVA。该处方展现出最小的PS (155.47 ± 4.65 nm)和PDI (0.34 ± 0.02)，以及最大的PY% (71.53 ± 2.01%)、ZP (-26.96 ± 1.52 mV)和EE% (72.31 ± 3.42%)。电镜观察显示，F1呈多孔海绵状结构，颗粒球形、表面光滑、分布均匀。

2. 复合纳米海绵(Combined NS, CNS)水凝胶的制备与表征

在最优处方F1的基础上，研究人员通过同时包载VRC和CRM，制备了三种不同药物比例(1:1, 2:1, 1:2)的复合纳米海绵，并进一步制成水凝胶(C1, C2, C3)。所有水凝胶的pH值(约6.3-6.6)和铺展性均适合局部应用，载药量均匀。理化性质表明，加入CRM及水凝胶基质后，纳米海绵的各项关键参数仍保持在良好水平。

3. 体外释放与微生物学评价

体外释放研究表明，纳米海绵水凝胶(F1)的VRC释放显著高于传统VRC水凝胶。在三种复合水凝胶中，C2 (VRC:CRM = 2:1)的VRC和CRM累积释放率最高。抗真菌实验显示，C2对白念珠菌的抑制圈直径最大(51.33 ± 2.25 mm)，其抗真菌效力分别是C1和C3的2.91倍和4.16倍。同时，C2的效力也显著优于单纯的VRC纳米海绵水凝胶(F1)、纯VRC粉末、纯CRM粉末以及两者物理混合物(2:1)。这表明VRC与CRM在2:1比例下通过纳米海绵递送产生了显著的协同增效作用。

4. 优化复合纳米海绵(OCNS)水凝胶的深入评价

基于优异的体外表现，C2被选定为优化复合纳米海绵(OCNS)水凝胶进行后续研究。DSC分析显示，C2中VRC和CRM的特征熔解峰完全消失，表明药物以无定形态被成功包载于纳米海绵的空腔中。FTIR光谱未发现药物与辅料间存在化学相互作用。稳定性研究表明，C2在25°C和40°C下储存6个月，其关键质量属性(粒径、包封率等)未发生显著变化。

5. 离体皮肤渗透与沉积研究

使用新生大鼠皮肤的离体实验证实，OCNS (C2)水凝胶的皮肤渗透通量(J_max)和24小时皮肤沉积量(Dep_24h)均显著高于传统的VRC与CRM (2:1)混合水凝胶。具体而言，C2的VRC和CRM皮肤沉积量分别是传统水凝胶的2.25倍和3.50倍。这强有力地证明了纳米海绵系统能有效促进药物在皮肤靶部位的滞留。

6. 体内疗效评估

在免疫抑制大鼠的白念珠菌皮肤感染模型中，与阳性对照组(感染不治疗)和口服VRC/CRM混悬液组相比，局部应用OCNS (C2)水凝胶治疗组展现出最佳的治疗效果。微生物计数显示，C2治疗组皮肤中的菌落形成单位(CFU)数量最低。组织病理学检查进一步证实，C2治疗组皮肤的炎性细胞浸润、血管充血和水肿等病理变化最轻微，其病理学评分显著低于其他治疗组。这从微生物学和病理学层面共同证实了OCNS水凝胶卓越的体内抗真菌功效。

综上所述，本研究成功设计并开发了一种负载伏立康唑与姜黄素的乙基纤维素基纳米海绵水凝胶。通过系统的处方优化与全面的体外、离体、体内评价，明确证实了VRC与CRM以2:1比例通过纳米海绵局部递送，能够产生强大的协同抗真菌效应。该递送系统不仅显著提高了两种难溶性药物的溶解度与皮肤靶部位沉积，实现了可控释放，更重要的是，其卓越的体内外抗白念珠菌活性，为规避伏立康唑系统给药毒副作用、开发高效安全的局部抗真菌联合疗法提供了全新的思路和极具前景的候选方案。尽管在雄性白化大鼠模型中取得了鼓舞人心的成果，但研究者也指出，未来仍需进一步的人体临床研究来评估该OCNS水凝胶的安全性与有效性，以推动其向临床应用的转化。