Офтальмология — это отрасль медицины, которая развивалась на протяжении многих веков, постоянно предоставляя решения для лечения глазных заболеваний. Несмотря на давние традиции и впечатляющие достижения, некоторые глазные патологии все еще требуют улучшения в лечении.
Причина кроется в сложной анатомии и физиологии глаза, что ограничивает эффективность некоторых медицинских процедур. Глаз — это многослойная структура, хорошо защищенная от внешней среды на передней части и строго контролируемая с точки зрения обмена крови и растворителей на задней стороне. Толщина стенок глаз и окружающая слизи образуют толстый физический барьер для местного применения лекарственных средств, а консистенция жидкостей внутри глазного яблока определяет скорость распространения внутривенно инъекционных препаратов.
- Внешняя структура, образованная склерой, высокопрочная ткань, простирающаяся до передней части глаза, и прозрачная часть роговицы. Этот многослойный материал представляет собой прозрачную, сосудистую и относительно обезвоженную ткань, которая в основном отрицательно заряжена и плохо проницаема для анионов. Конъюнктива, наружный защитный слой глаза, представляет собой тонкую слизистую оболочку с высокой степенью васкуляризации, которая в основном отвечает за удаление внешних тел (например, микробов или грязи).
- Промежуточный слой состоит из диафрагмы, цилиарного тела, хрусталика и хороида. Диафрагма, хрусталик и цилиарное тело отделены от роговицы водным юмором - водянистой жидкостью, секретируемой цилиарным телом и отвечающей в основном за обеспечение питательными веществами и удаление отходов. Радужная оболочка представляет собой тонкую соединительную ткань, которая простирается от цилиарного тела и окружает хрусталик. Это прозрачная двухвыпуклая линза, которая может менять радиус кривизны и коэффициент преломления в зависимости от сокращения ресничной мышцы. Хороид соединяется с цилиарным телом и распространяется на задний сегмент глаза, обеспечивая кислород и контролируя температуру и внутриглазное давление. Это сильно васкуляризованный слой между склерой и сетчаткой глазного яблока.
- Внутренний слой отделен от остального стекловидным телом и состоит в основном из задней части хороида и сетчатки. Стекловидная масса представляет собой прозрачную и желатиновую массу, состоящую в основном из воды и фибриллярной сети коллагена и гиалуроновой кислоты. Сетчатка состоит из фоторецепторных клеток, которые принимают, предварительно обрабатывают и передают световые сигналы в мозг через зрительный нерв. Это богато перфузированная ткань, в которой находятся многочисленные нейросенсоры и связи. Комплексная структура представляет собой так называемый кроветворный барьер сетчатки, который регулирует диффузию веществ из крови в стекловидные и сетчатые клетки.
Обзорная статья посвящена применению микророботов в офтальмологии для доставки окулярных препаратов. Микророботы в качестве платформы для целенаправленной доставки лекарственных средств внедряются в качестве инновационной альтернативы традиционному применению лекарственных средств в глаза. Область микроробототехники объединяет междисциплинарные инженерные науки, биологию и медицину. В данной статье представлены науки и микропроизводственные процессы, необходимые для производства такого микроустройства. Кроме того, демонстрируется беспроводная манипуляция и управление микророботами. Кроме того, обобщены текущие исследования по функционализации микророботов в качестве биосовместимых нетоксичных носителей лекарственных средств.
Лечение глазных заболеваний и факторы, ограничивающие их эффективность
Заболевания глаз обычно классифицируются в зависимости от их местоположения: заболевания передних отделов глаз влияют на роговицу, диафрагму, цилиарное тело и хрусталик. Наиболее распространены патологии, вызванные бактериальными и паразитарными инфекциями, ссадинами роговицы и язвами. Помимо инфекций, на задний сегмент глаза влияет целый ряд заболеваний, таких как возрастная макулярная дегенерация (ВДМ), диабетическая ретинопатия, диабетический макулярный отек (ДМО) или окклюзии сетчатки. Распространенность этих патологий весьма значительна в современных обществах со стареющим населением, и они также актуальны для развивающихся стран в связи с отсутствием здравоохранения и гигиены. Типичными методами лечения являются лазерная терапия или витреоретинальная хирургия. Доставка лекарств является типичным решением для большинства этих патологий, главным образом, для относительно низких затрат и более высокого уровня соблюдения пациентом. Доставка окулярного препарата в переднюю часть глаза чаще всего достигается путем местного введения в виде капель. Тем не менее, устранение, вызванное текучестью слезоточивой жидкости и системным всасыванием, представляет собой огромный барьер, способный ограничить проникновение через роговицу и склеру лишь до 1 - 5% активного вещества, которое применяется. Кроме того, физические и химические препятствия снижают общую эффективность лечения и заставляют пациентов прибегать к высокочастотным инъекциям. Дефицит глазных капель привел к значительным исследованиям, направленным на совершенствование систем доставки лекарственных средств, особенно при патологии, связанной с задним сегментом глаза.
К ним относятся:
- полимерные матрицы,
- гели,
- эмульсии,
- наночастицы,
- пролекарственные препараты,
которые могут продлить время пребывания препарата в глазной среде, повысить его проницаемость или создать особую кинетику высвобождения. Последние решения включали контактные линзы в качестве потенциальных долгосрочных платформ для фиксации лекарственных средств. Внутривенные инъекции могут непосредственно обходить физиологические барьеры и часто используются в клинических условиях для лечения инфекций/заболеваний заднего сегмента. Они также обеспечивают повышенный уровень препарата в целевых зонах без каких-либо побочных эффектов. Терапевтические уровни могут поддерживаться в более низких дозах, так как этот способ введения обходит барьер сетчатки крови.
Однако ограниченный период полураспада препаратов в стекловидной полости требует частых инъекций, которые могут вызвать дополнительные травмы, осложнения, такие как отслоение сетчатки или эндофтальмит, и общий дискомфорт пациента. Многие исследователи предприняли попытку системного введения наркотиков. Однако лишь 1-2% концентрации препарата в плазме крови достигает стекловидного юмора. Этот процент требует частого введения или высоких доз, с не специфической адсорбцией другими тканями и токсическим эффектом.