氧化应激是人体氧化系统和抗氧化系统之间的失衡，它显著促进了多种眼表疾病的发展，尤其是干眼症 (DED)。有效消除或减少活性氧 (ROS) 可以阻止疾病进展并缓解症状。

2025年7月25日，复旦大学黄锦海、周行涛，哈佛大学布列根和妇女医院陶伟共同通讯在Science Advances 在线发表题为“Thermoresponsive antioxidant metal-free carbon nanodot hydrogel: An effective therapeutic approach for ocular surface disease”的研究论文。该研究提出了一种创新的热响应性、无金属碳纳米点 (CD) 水凝胶，称为 F-CD 水凝胶，它对多种自由基（包括 OH-、O₂⁻ 和 -DPPH）具有强大的中和能力。

该水凝胶表现出卓越的抗氧化、抗炎和抗凋亡能力，通过从源头消除 ROS 有效缓解 DED 症状。此外，其温敏特性还能增强 CDs 在眼表的粘附性。在小鼠 DED 模型中，F-CD 水凝胶通过上调保护性基因并抑制促进细胞凋亡和氧化应激的基因，加速上皮修复、增厚角膜上皮、促进泪液分泌并增加杯状细胞数量。 F-CD 水凝胶具有优异的生物相容性，且给药频率和治疗时间减少，因此成为一种很有前途的 DED 治疗方法。

大量证据表明，氧化应激是由体内氧化过程与抗氧化防御机制失衡引起的，在许多眼表疾病，尤其是干眼症（DED）的发生发展中起着关键作用。这种失衡会加剧并加速眼部健康的衰退。活性氧（ROS）水平升高会直接损害泪液脂质层和眼表神经髓鞘等结构，导致结膜、角膜和泪膜发生病理改变，最终引发多种眼表疾病，其中DED就是一个突出的例子，全球人口发病率为8%至34%。此外，ROS水平升高还会抑制胶原蛋白合成，刺激血管内皮生长因子的产生，促进毛细血管增生，从而导致圆锥角膜和翼状胬肉组织的形成。监测ROS水平可为了解DED的进展和治疗干预措施的有效性提供宝贵的见解。角膜透明且缺乏血管，严重依赖泪膜和房水中的抗氧化成分进行保护。正常情况下，多种抗氧化剂能够有效地保护角膜和结膜。然而，对于患有DED和其他眼表疾病的患者，这些抗氧化剂的不足会损害这一至关重要的保护功能，使眼表更容易受到损伤，并加剧这些疾病的症状。

近年来，许多外源性抗氧化剂已被鉴定为潜在的ROS清除剂。这些抗氧化剂包括植物提取物、乳铁蛋白、Omega-3和α-硫辛酸等天然物质，以及CeO₂等人工合成的生物纳米酶、单原子纳米材料及其复合材料。然而，这些抗氧化剂的实际应用往往受到产量低、成本高或金属元素固有特性等挑战的阻碍。碳纳米点 (CDs) 是一种不含金属的抗氧化人工纳米材料，已迅速发展成为一种重要的碳基纳米粒子。这些 CDs 在生物成像、光催化、传感和能量转换/存储等多个领域都引起了广泛关注。其备受推崇的特性包括环保的合成工艺、低成本、低毒性等。除了其卓越的抗菌特性和在眼部炎症疾病中的广泛应用外，其优异的抗氧化活性的发现也为探索其潜在应用铺平了道路。Xu等人强调了 CD 在保护细胞免受氧化应激方面的巨大潜力。Shen等人进一步证明 N,S 掺杂的 CDs 可以有效中和多种类型的自由基。鉴于这些发现，开发和制备创新的基于 CD 的 ROS 清除剂在治疗眼部疾病方面具有巨大的潜力。Lai等人发现相对较大尺寸的赖氨酸碳化纳米凝胶可以有效缓解干眼症 (DED)。Qi及其同事进一步合成了氮掺杂的石墨烯量子点，并对其缓解干眼症症状的功效进行了初步研究，证明了其具有一定的缓解能力。然而，这些碳纳米材料缓解干眼症综合征的机制仍然不明。因此，作者有机会开发原创方案，合成创新的抗氧化碳点，增强治疗效果，并深入探究其潜在机制。

此外，众所周知，滴眼液是治疗眼表疾病的一种广泛使用的方法，因其简便、安全、非侵入性给药和患者依从性高而备受赞誉。然而，滴眼液面临的一大挑战是由于角膜通透性差、鼻泪管引流、泪液反射、眨眼和吸收效率低等因素造成的大量药物损失。因此，只有一小部分（不到5%）的给药剂量到达目标部位。为了解决这个问题，开发一种能够增强眼表粘附性和延长药物滞留时间的药物输送平台对于提高滴眼液药物的生物利用度至关重要。人们已经采用了各种方法来提高其疗效。其中，热敏聚合物的原位应用已成为一种颇具前景的方法。这些聚合物与眼表接触后会转变为水凝胶，从而通过延长药物在眼表的暴露时间，潜在地提高药物的生物利用度。迄今为止，各种水凝胶已被用于改善药物在眼表的粘附性并延长其滞留时间。其中，Pluronic F127 是制备热敏水凝胶的突出候选材料。Pluronic F127 已获得美国食品药品监督管理局 (FDA) 的批准，因其成本低、毒性低、生物相容性好、能够在生理体温下原位凝胶，是水溶性和脂溶性药物经皮给药、注射给药和控制给药的理想选择。此外，其优异的透明度使其成为滴眼液的理想选择，可提高患者的接受度和依从性。

该研究提出了一种创新的热响应抗氧化无金属CD水凝胶，称为 F-CD 水凝胶。该水凝胶能够有效中和各种自由基，包括羟基自由基 (OH·)、超氧阴离子自由基 (O₂⁻·) 和 2,2-联苯基-1-苦基肼基 (·DPPH)，表现出显著的抗氧化、抗炎和抗凋亡特性，从而提供了一种类似于“一石多鸟”的多方面方法。 F-CD水凝胶通过消除或降低ROS、促进上皮修复、增加角膜上皮厚度、促进泪液分泌、上调保护性基因并抑制促进细胞凋亡和氧化应激的基因来增加杯状细胞数量，从而有效缓解眼表疾病症状。此外，它还能稳定线粒体膜电位，激活线粒体抗氧化、抗炎和抗凋亡途径，从而增强细胞恢复力。图1所示为CDs/F-CD在DED小鼠中的合成、应用和潜在作用机制示意图。这些结果表明，所开发的热敏抗氧化F-CD水凝胶滴眼液有望成为治疗DED的有效方法。其生物相容性以及减少给药频率和治疗持续时间的潜力，为患有与ROS失衡相关的眼表疾病的患者带来了显著益处。

图1 示意图（图源自Science Advances）

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt8775

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