Core–Shell DOX-Loaded PLGA Electrospun Membrane Enables Sustained Local Drug Delivery for Preventing Postoperative Fibrosis after Glaucoma Filtration Surgery

緑内障は「静かな視力の泥棒」と呼ばれます。これは、眼圧が上昇し、徐々に視神経を損傷させていく疾患です。この圧力を上昇させないために、外科医はしばしば濾過手術を行い、液体が逃げ出すための小さな新しい排水路を作ります。しかし、人体は傷を治そうとする性質を持っており、この繊細な手術においては、その自然な本能が敵となります。目が切開部を修復するにつれて、新しい排水孔の上に瘢痕組織（傷跡）が形成され、穴を塞いでしまい、手術を失敗させてしまうのです。数十年にわたり、医師たちは、傷跡を作る原因となる急速に増殖する細胞を死滅させる強力な薬を投与することで、この瘢痕化を阻止しようと試みてきました。しかし、これらの薬は諸刃の剣です。非常に毒性が強いため健康な組織を傷つけてしまう可能性があり、また、目的を果たすのに十分な時間留まる前に、すぐに洗い流されてしまうのです。課題は、必要な場所に正確かつ穏やかな用量の薬を届け、目を傷つけることなく、ちょうど適切な期間そこに留まらせる方法を見つけることでした。

福建医科大学第一附属病院と上海第九人民病院の研究者たちは、この問題を解決するための新しいアプローチを開発しました。液体状の薬を塗布してすぐに消失させる代わりに、彼らはゆっくりと放出されるパッチのような役割を果たす、微細で柔軟な膜を作り出しました。この膜は、時間が経つにつれて体が自然に分解できる、ポリ乳酸・グリコール酸共重合体（PLGA）として知られる安全な生分解性プラスチックで作られています。このプラスチックの殻の中に、細胞の増殖を止めることで知られる強力な薬であるドキソルビシンを閉じ込めました。ここでの鍵となる革新は、その構造の作り方にあります。「コアキシャル・エレクトロスピン（同軸電界紡糸法）」と呼ばれる、電界を通じて液体の細い流れを繊維へと紡ぎ出す技術を用いることで、薬が核（コア）に隠され、プラスチックが外層を形成する構造を作り上げました。この設計により、薬は保護され、一度に放出されるのではなく、ゆっくりと着実に漏れ出すようになっています。

このアイデアが機能するかどうかをテストするため、チームはまず、薬が結膜線維芽細胞（瘢痕組織を構築する特定の細胞）にどのように影響するかを調べました。その結果、特定の濃度においてのみ、薬がこれらの細胞の増 multiplicación（増殖）や移動を阻止することを発見しました。もし用量が多すぎれば、細胞を攻撃的に殺しすぎてしまい、危険を招く可能性があります。逆に少なすぎれば、効果はありません。彼らは、過度なダメージを与えることなく効果的に細胞を阻止できる特定の濃度を決定しました。次に、顕微鏡を用いて膜自体を観察しました。繊維は滑らかで均一であり、化学テストによって、薬がプラスチックの中に正常に閉じ込められていることが確認されました。シミュレートされた眼環境の中に膜を置いたところ、薬は数日間にわたって着実に放出され、80時間後に約3分の2の薬が投与された時点で、放出が平坦化しました。この緩やかな放出は、目が治癒しようとする重要な数週間の間、薬を活性状態に保つために極めて重要です。

研究チームは次に、生体モデルへと移行し、ウサギに対して濾過手術を行い、実際の生物学的システムにおいて膜がどのように機能するかを確認しました。動物を3つのグループに分けました。第1のグループには、薬を含まないただのプラスチック膜を投与しました。第2のグループには、現在の標準的なケアを模して、数分間目に塗布してその後洗い流した、薬を含ませたスポンジを投与しました。第3のグループには、今回開発した薬を封入した膜を投与しました。結果は驚くべきものでした。ただのプラスチック膜を用いたグループでは、排水孔がすぐに瘢痕組織によってブロックされ、数日以内に眼圧が危険なレベルまで上昇しました。浸透させたスポンジを用いたグループはわずかに改善が見られましたが、薬がすぐに洗い流されてしまい、最終的には瘢痕化が進み、約10日後に排水孔が機能不全に陥りました。

対照的に、薬を封入した膜を用いたウサギたちは、全く異なる結果を示しました。排水孔はより長く、機能的な状態を維持し、手術部位の平均生存時間は20日近くまで延びました。これらの動物の眼圧は低く安定しており、手術から28日後には平均して10ミリメートル水銀柱（mmHg）をわずかに下回るレベルを維持しており、これは他のグループと比較して大幅な改善です。極めて重要なことに、この膜は害を与えませんでした。研究者たちは炎症、感染、または目の表面にある透明な細胞（角膜）への損傷の兆候を調べましたが、認められませんでした。薬は膜の中に封じ込められ、必要な場所で局所的に作用しており、心臓や他の部位に毒性を広げることはありませんでした。

この研究は、薬を緩徐放出型の生分解性膜に組み込むことが、従来の治療法よりも、緑内障手術後の瘢弧化を防ぐための、より安全で効果的な方法であることを示唆しています。薬をその場に留め、段階的に放出することで、この膜は従来の薬物投与に伴う高い毒性を伴うことなく、瘢痕組織の形成を阻止します。研究者たちは、人間での使用に向けてタイミングや用量を微調整するためにさらなる研究が必要であると指摘していますが、この研究は明確な進むべき道を示しています。これは、困難な医学的問題を管理可能な工学的解決策へと変えるものであり、将来の手術がより高い成功率を収め、現在、自身の治癒プロセスによって失明のリスクに直面している患者たちの視力を守るための希望となっています。