The Cytotoxic Effects of Preserved and Preservative-Free Prostaglandin Analogs on Human Corneal and Conjunctival Epithelium In Vitro and the Distribution of Benzalkonium Chloride Homologs in Ocular Surface Tissues In Vivo./Pellinen P, Huhtala A, Tolonen A

Purpose: To investigate the cytotoxicity of benzalkonium chloride (BAC)-containing ophthalmic solutions of prostaglandin analogs (latanoprost, travoprost, bimatoprost, and preservative-free (PF) tafluprost), BAC mixture (BACmix) and BAC homologs with different alkyl chain lengths using human corneal epithelial (HCE) and conjunctival epithelial (IOBA-NHC) cell cultures. The distribution of BAC homologs in rabbit ocular surface tissues in vivo was examined. Methods: The cells were exposed for one hour to prostaglandin analogs, BACmix and three homologs. Cytotoxicity was assessed with the WST-1 and lactate dehydrogenase (LDH) assays for cellular viability and cell membrane integrity. BAC 0.02% solution was instilled on the rabbit eye daily for 14 days and the concentrations of BAC homologs in external ocular tissues were determined. Results: The order of decreasing cytotoxicity in the WST-1 test was latanoprost ≥ travoprost > bimatoprost ≥ PF tafluprost. IOBA-NHC cells were more sensitive than HCE cells. In HCE, only latanoprost diluted to 10% increased LDH leakage. In IOBA-NHC, LDH leakage was statistically significant with 3-10% travoprost and 10% latanoprost. The order of decreasing cytotoxicity of preservatives was C14 > C12 > BACmix > C16 in HCE and C12 > C14 > BACmix > C16 in IOBA-NHC. Following treatment with BAC 0.02% solution, the amounts of BAC-C12, -C14 and -C16 in rabbit cornea and conjunctiva, respectively were: 0.37 ± 0.08 and 2.64 ± 0.27 ng/mg; 0.42 ± 0.07 and 4.77 ± 0.43 ng/mg; 0.04 ± 0.01 and 0.54 ± 0.05 ng/mg. Conclusions: The cytotoxic effects of latanoprost, travoprost, and bimatoprost were dependent on the BAC concentration in their formulations. BACmix was cytotoxic at the concentrations above those corresponding to 0.001% BAC in ophthalmic medications. PF tafluprost was the least toxic of the drugs tested. Within studied BAC homologs, those with longer alkyl chain and higher lipophility penetrated effectively into rabbit external ocular tissues.

【目的】
プロスタグランジン類似体 (ラタノプロスト、トラボプロスト、ビマトプロスト、そして保存料無添加 (PF) のタフルプロスト）でベンザルコニウム塩 (BAC)、これはアルキル基の長さが異なるBAC混合物 (BACmix) と BAC相同体を使用し、ヒト角膜上皮 (HCE) と結膜上皮 (IOBA-NHC) 細胞培養に用いることで、点眼用溶液の細胞毒性を調査すること。in vivoでウサギの目の表面組織のBAC相同体の分布を検討した。
【方法】
細胞を1時間プロスタグランジン類似体、BAC混合体、及び3つの相同体に曝露した。細胞毒性は細胞の生存率及び細胞膜の完全性をWST-1及び乳酸脱水素酵素 (LHD) アッセイで評価した。BAC0.02%溶解液は14日間毎日ウサギの目に滴下注入され、外部眼組織のBAC相同体の濃度が決定された。
【結果】
WST-1試験による細胞毒性の減少の順は、ラタノプロスト≧トラボプロスト＞ビマトプロスト≧PFタフルプロストであった。IOBA-NHC細胞はHCE細胞よりより感受性があった。HCEにおいて、唯一10%希釈ラタノプロストがLDHの漏出を増加させた。IOBA-NHCにおいて、LDHの漏出は3-10%のトラボプロスト及び10%のラタノプロストで統計学的に有意であった。保存料の細胞毒性の減少した順番は、HCEではC14＞C12＞BACmix＞C16で、IOBA-NHCではC12＞C14＞BACmix＞C16であった。BACの0.02%の溶解液を処置したところ、ウサギの角膜及び結膜におけるBAC-C12、-C14、-C16の総量は、それぞれ、 0.37 ± 0.08 and 2.64 ± 0.27 ng/mg; 0.42 ± 0.07 and 4.77 ± 0.43 ng/mg; 0.04 ± 0.01 and 0.54 ± 0.05 ng/mg.であった。
【結論】
ラタノプロスト、トラボプロスト、ビマトプロストの細胞毒性の効果は、それぞれのBACの製剤における濃度に依存していた。BACmixは点眼治療薬で0.001%BACに相当する濃度を越えると細胞毒性が出ていた。PFタフルプロストは試験した薬物の中で尤も毒性が小さかった。研究されたBAC相同体の中では、より長鎖のアルキル基と高い振油性をもつものが、効果的にウサギの外部眼組織に浸透していた。