生物可降解性高分子载药微球具有良好的生物相容性、生物降解性、理化及生物稳定性、极低的毒性, 以及较高载药量。根据使用目的不同, 确定药物及生物可降解高分子后, 可选用不同的微球制备方法, 得到性能符合要求的微球^[37]。针对经巩膜给药, 生物可降解载药微球的理化性质具体有以下几点：①微球的平均粒径控制在2~5 μ m, 以便能顺利通过27G或更小针头, 进行结膜或筋膜下注射; ②微球作为药物的储存库, 控制药物的释放速率, 根据疾病需要可在几周或几个月的时间窗口内提供有效药物浓度, 减少给药次数; ③微球对包载的药物有保护作用, 可减少在恶劣生物环境下药物的降解（比如pH急剧变化）, 提高药物的生物利用度; ④与直接用药相比较, 微球对药物释出的调控使药物的体内半衰期明显延长, 药物在靶组织中的浓度波动减少, 最小所需治疗浓度明显下降, 浓度-时间曲线下面积明显增加, 也降低了药物自身对眼组织的不良反应; ⑤通过微球制备工艺的控制, 很多治疗效果好但难溶于水的药物可通过微球的形式在眼球局部给药。微球制备过程中有机溶剂的选用可改变药物的结晶度, 从而提高难溶性药物在体内的溶解度; ⑥微球制作的高分子生物材料可在体内降解, 降解产物可以被生物系统清除。

早在1992年Kimura等^[13]对微球已有研究, 在球后结膜下注射抗新陈代谢剂阿霉素（Adriamycin, ADR）-聚乳酸（Polylacticacid, PLA）微球控制青光眼过滤术后纤维化瘢痕形成。研究中按载药微球剂量分为100 μ g组和200 μ g组, 随机选择兔一侧眼为实验组（载药微球）, 对侧眼为对照组（空白微球）, 双眼对照, 术后定期测量眼内压（IOP）和裂隙灯显微镜观察滤过情况, 并对术后各时间点进行病理学分析。制备的微球进行体外释放, 结果表明ADR-PLA微球体外持续释放20 d无突释现象; 兔的实验眼IOP都明显低于对照眼, 实验眼的术后滤泡存在较长时间。注药部位早期有异体反应, 之后慢慢消失, 预示微球经巩膜给药有发展空间。

1993年, Giordano等^[12]对实验性兔眼增生性玻璃体视网膜病变（Proliferative vitreoretinopathy, PVR）进行视黄酸（Retinoicacid, RA）生物可降解聚合物微球的效用研究。结果显示, 制备的微球均匀、形状圆形、表面光滑、平均直径约有60 μ m, 放在水中21 d后, 部分微球降解。体外释放曲线平缓, 没有突释现象, 40 d后微球中82.8%的RA释放出来。载药微球注射入玻璃体腔, 2个月后用间接眼底镜观察发现73%兔眼的微球仍清晰可见, 但有轻度炎症反应。然而, 其中1只兔眼, 少量载药微球在注射针抽回时流到结膜下, 但结膜下没有发现炎症反应, 且1周后裂隙灯显微镜下已观察不到这部分微球的存在。这提示巩膜表面注射药物要比玻璃体内安全, 同时说明微球在巩膜表面降解要更快。

环孢霉素A（Cyclosporine A, CsA）是有效抑制异体移植反应的免疫抑制剂, 局部点眼时会引起眼部灼伤感和急性角膜上皮炎。但是, 其水溶性低、混悬液不易通过注射针头, 很难经巩膜给药来治疗眼后段疾病。20世纪末, de Rojas Silva等^[38]利用溶剂蒸发法制备载有CsA的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)微球经结膜下给药后, 研究其对兔角膜异体移植产生的排斥反应的疗效。分别在角膜移植兔的右眼结膜下注入环孢霉素溶液(Solution of CsA, CsA-AR)和环孢霉素-PLGA微球混悬液(Microspheres suspension of CsA, CsA-MP), 注射的药物浓度均为15 mg/ml, 注射量0.2 ml。注射5周后, 实验结果显示微球组的角膜存活时间明显长于另一组。光学显微镜检查发现注射部位均有炎症反应, 结膜固有层中有结缔组织包裹微球的现象。

这些早期的药物微球经巩膜给药研究常发现注射部位有炎症或异物反应, 这可能和微球制作过程中有机溶剂的残留或材料的选用有关。比如, 如果微球中PLGA含量较大时, 降解过程中产生乳酸可导致局部充血, 如果微球过小可诱发巨噬细胞吞噬, 导致局部pH明显下降, 可引起炎症和刺激症状^[39]。

2008年, Cui等^[40]制备了5-氟尿嘧啶-PLA微球, 对青光眼过滤手术成功的兔眼经结膜进行注射, 观察微球的持续治疗效果。结果显示制备的微球有良好的生物相容性, 并且对于青光眼过滤术后的兔眼有一定的疗效。由于制备工艺的改进和包载药物的存在, 结膜或筋膜下注射后机体对微球的异物和炎症反应已呈现明显减少的趋势, 预示以后临床使用提供安全性。Kompella等^[11]将糖皮质激素布地奈德（Budesonide）和PLA制成Budesonide-PLA纳米球或微米球经结膜下注射到Sprague-Dawley（SD）鼠眼内, 研究Budesonide-PLA微球或纳米球经鼠眼巩膜的药代动力学。过程中发现在100 pmol到10 μ mol的浓度范围内, Budesonide没有细胞毒性, 并且浓度依赖性抑制人视网膜色素上皮（ARPE-19）细胞信使RNA 的表达和血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor, VEGF）的分泌。Budesonide-PLA纳米粒（345 nm）和微球（3.6 μ m）的包封率分别是65%和99%。纳米球结膜下注射后, SD鼠视网膜中在14 d时已测不到药物, 但微球注射眼的视网膜中在14 d时仍然可检测到药物, 说明载药微球在微米大小比纳米大小停留在巩膜表面时间更长, 更适合经巩膜给药。

随后, Ayalasomayajula和Kompella^[41]又将塞内昔布（Celecoxib）和PLGA制成微球, 在链脲霉素诱导糖尿病的SD鼠眼结膜下给药检测视网膜中Celecoxib浓度并评估糖尿病的氧化应激反应是否缓解, 对糖尿病视网膜病变的治疗进行前期实验。成功制备的Celecoxib-PLGA大小是（3.9± 0.6）μ m, 包封率是68.5%。微球体外释放持续7周时, （30.4± 3）%的Celecoxib从微球中释放。结膜下注射后7 d和14 d时, 玻璃体、视网膜、晶状体和角膜内的药物比对照组明显高。结膜下注射Celecoxib-PLGA的SD鼠眼内硫代巴比妥酸活性产物和四羟壬烯醛明显被抑制, 这些均说明可降解聚合物包裹难溶性药物能够持续释放药物, 维持眼组织内药物水平, 并对糖尿病视网膜氧化病变的抑制有积极作用。

巩膜不仅对小分子药物有良好的通透性, 对某些大分子药物如多肽和蛋白质也可通过。PKC412是一种酪氨酸激酶抑制剂, 能抑制蛋白激酶C亚型和VEGF及血小板源性生长因子（Platelet derived growth factor, PDGF）, 从而可以阻止眼内新生血管形成, 进而可以治疗CNV。2003年, Saishin等^[42]在猪眼上构建CNV模型, 用制备的PKC412-PLGA微球在结膜下给药治疗CNV, 并研究了局部持续释放PKC412微球及其对CNV的治疗效果。结果发现载药微球组的猪眼视网膜下新生血管比空白微球组的要少。20 d时载药微球组在脉络膜、玻璃体、视网膜均可检测到药物。虽然注射微球会引起轻微的结膜凸起, 但都没有明显的炎症反应发生。研究结果表明在猪眼CNV模型中眼结膜/筋膜下注射PKC412微球对CNV有抑制作用。2003年, Carrasquillo等^[43]成功制备了EYE001-PLGA微球, 并进行透巩膜离体实验。EYE001是一个实验合成的大分子RNA适体, 运用溶剂蒸发法将其与PLGA制成EYE001-PLGA微球。在人脐带静脉内皮细胞中通过检测RNA适体抑制VEGF诱导细胞增殖来观察它的释放特性。分别在释放的短期、中期和长期收集适体来观察释放的药物的稳定性和生物活性。结果显示PLGA微球能够持续释放EYE001达20 d之久, 平均每日约释放2 μ g, 而且之后适体依然能保持其活性。为了研究这种聚合物微球作为一种潜在的经巩膜给药的可行性, Carrasquillo等设计了一种体外装置来评价微球经兔巩膜及之后聚合物的水化和降解过程。将微球放置到设计好的兔巩膜离体装置上6 d后, 通过扫描电镜可以发现微球开始水化和降解。分光光度法测定也可以得知适体可以通过巩膜进行传递。以上研究证明生物可降解载药微球能持续释放药物并且透过巩膜传递药物直达眼后段。

研究发现经巩膜给药效果和药物微球的大小也有明显关系。曲安奈德（Triamcinolone acetonide, TA）是一个天然的疏水小分子药物, 其混悬液可治疗多种眼球后段疾病, 如糖尿病性黄斑水肿、视网膜静脉堵塞的黄斑水肿以及AMD^{[44, 45, 46]}。本研究发现, 筋膜下注射TA混悬液可在视网膜内提供治疗浓度的TA约45 d。如果将TA做成微球, 筋膜下注射TA微球后提供的眼内有效浓度时间要远大于45 d才有意义。Kadam等^[47]对TA纳米粒和（或）微球经结膜下给药的动物体内传递情况及其对CNV疾病的影响进行了研究。他们利用PLA为载药材料, 以不感光亲脂的尼罗红为着色染料, 通过水包油乳剂蒸发方法制备微球和纳米颗粒。TA-PLA纳米粒和微球粒径分别是551、2 090 nm; 载药量分别是14.7%、29.5%; 包封率分别为44.1%、88.5%; 表面均是多孔的圆球形。体外释放结果是纳米粒持续45 d, 突释6.31%, 微球持续120 d, 突释4.97%。诱导CNV造模14 d后, 将制备的TA-PLA微球和纳米粒分别经结膜下注射Brown Norway（BN）鼠右眼, 2个月后麻醉处死, 摘取眼球及其周围组织并分离出眼球的巩膜、视网膜、脉络膜-RPE、玻璃体、虹膜-睫状体、晶状体和角膜以及周围组织, 质谱检测各组织中TA浓度, 发现2个月后摘取的右眼眼球组织在扫描电子显微镜下观察到结膜下仍有大量微球残余, 且形态仍是球形, 但2个月后纳米粒组和其无药组中BN鼠眼各组织中均检测不到TA。微球组的药物持续释放超过2个月。酶联免疫试剂盒检测CNV模型眼中的VEGF量, 结果显示半数抑制浓度（IC50）是（0.07± 0.01）μ mol, 抑制率为33%。说明微球比纳米粒更适用于眼后段的用药, 且在较长时间段里可以达到有效治疗浓度。Amrite和Kompella^[48]对结膜下注射生物微球后其大小和滞留时间长短做了研究, 发现结膜下注射一定量20 nm的微球可以很快从注射部位被清除, 而同量的200 nm和2 μ m的微球可在注射部位存留达2个月之久。可生物降解聚合物制备的微球或纳米粒即使颗粒大小超过200 nm, 在释放药物的同时微球颗粒渐渐变小, 最终也会在结膜下被清除, 并且几乎没有炎症反应。但是, 结膜下注射2个月后, 微球在眼各组织中其含量均很低。进一步的离体和体内研究发现, 眼周血循环和淋巴系统对20 nm微粒清除影响很大。安乐死后的动物眼内药物水平比活体明显要高, 说明眼球的动态生理学屏障对经巩膜给药影响很大^[49]。我们认为, IOP、眼球周血循环和淋巴循环、巩膜厚度和结构、脉络膜循环及视网膜色素上皮药物泵等这些因素对经巩膜给药均有较大影响。研究和确定这些因素的作用方向和影响程度是设计合理和有效的经巩膜给予药物微球和装置的科学基础。有研究发现^[50], 注射到巩膜表面的药物如果不进行剂型改良, 约70%的药物会通过结膜/巩膜血管或淋巴管进入全身循环, 即使透过巩膜的药物在经过脉络膜时也会被脉络膜血液循环带走。