Pharmaceutical excipients, commonly known as inactive ingredients, encompass any substance aside from the active ingredient that fulfills a distinct and vital role in a formulation. Their purpose is to enhance specific characteristics, whether associated with the performance of the formulation or aspects related to patient comfort, safety, and acceptability. Because of the limited toxicity studies provided, and the several allergic and toxic side effects that have been reported throughout the years, it is not trivial for the regulatory agencies to approve inactive ingredients for human use. In general, excipients are approved within good manufacturing practices (GMPs) when they undergo analysis of the formulation as a whole, not the standalone substance. However, there is a lack of updated information regarding this subject, given that only the American Food and Drug Administration (FDA) provides a complete list describing the inactive ingredients that are currently approved in drug products for human use. Here, we aimed to provide an overview of key excipients approved by the FDA for ophthalmic use in humans, focusing on their functional roles in ophthalmic formulations, particularly eye drops, and the regulatory requirements involved in these ingredients approval.

Abnormal corneal wound healing can compromise corneal transparency and lead to visual impairment. Mineralocorticoid receptor antagonists (MRA) are promising candidates to promote corneal remodeling with anti-inflammatory properties and lack gluococorticoids-associated side effects. In this preclinical study, a new polymer-free hydroxypropyl-gamma-cyclodextrin-based eyedrop containing 0.1% spironolactone (SPL), a potent but non-water-soluble MRA, was investigated for its ocular surface tolerance and efficacy in a rat model of corneal wound healing. SPL eyedrops were stable for up to 9 months at 4 °C. The formulation was well-tolerated since no morphological changes or inflammatory reactions were observed in the rat cornea after multiple daily instillations over 7 days. SPL eyedrops accelerated rat corneal wound healing, reduced corneal edema and inflammation, enhanced epithelial integrity, and improved nerve regeneration, suggesting restoration of corneal homeostasis, while potassium canrenoate, an active and soluble metabolite of SPL, had no effect. SPL eyedrops could benefit patients with impaired corneal wound healing, including that secondary to glucocorticoid therapy. Repurposing known drugs with known excipients will expedite translation to the clinic.

Limbal stem cell deficiency (LSCD) is a sight-threatening condition caused by the loss and/or dysfunction of limbal stem cells (LSCs), which are essential for corneal epithelial regeneration and homeostasis and are critical for maintaining corneal transparency. We have previously shown that specific inactivation of the endothelial mineralocorticoid receptor (MR) inhibits corneal neovascularization (CN) and that MR antagonists (MRA) improve corneal epithelial wound healing. This study investigated the therapeutic potential of MRA in LSCD and their mechanisms of action. Using a rat model of LSCD, systemic administration of spironolactone (SPL) or a more specific MRA, eplerenone, similarly reduced CN and corneal oedema, demonstrating MR-specific effects. SPL further limited inflammation, enhanced the corneal epithelial barrier, reduced corneal conjunctivalization and promoted nerve regeneration, highlighting its potential to improve corneal integrity. Transcriptomic analysis revealed that SPL upregulated genes associated with LSC maintenance (Tp63, Wnt6), corneal epithelial differentiation (Vdr, Fermt1, Ehf) and nerve regeneration (Sprr1a, Anxa1), while downregulating genes associated with angiogenesis (Kdr, Scube2), inflammation (Ccl2, Cxcl1) and fibrosis (Fbln1, Snai1). Conversely, transgenic rats overexpressing human NR3C2 encoding MR showed corneal epithelial irregularities and dysregulation of genes related to extracellular matrix remodeling and fibrosis (Matn3, Serpine2, Fmod, Bgn, Ddr2), angiogenesis (Nrp2, Scube1) and limbal cell function (Ifitm3). These findings demonstrate that activation of the MR pathway disrupts limbal and corneal homeostasis and that SPL effectively modulates critical mechanisms in LSCD, offering promising therapeutic potential to reduce CN and improve corneal epithelial barrier integrity.

Ocular Rosacea (OR) is a common chronic inflammatory disease that affects the ocular surface and eyelids. Meibomian gland dysfunction (MGD), often associated with OR, can lead to dry eye syndrome and vision-threatening corneal complications. OR is underdiagnosed and incurable, highlighting the need for a deeper understanding of the pathogenesis of MGD associated with OR to develop targeted treatments. In this study, rat upper eyelids were exposed to UVB, a known triggering factor for rosacea, for five days. UVB exposure caused acute damage to the eyelid skin and meibomian glands (MG) together with increased oxidative stress, mitochondrial dysfunction, apoptosis, inflammation, and elevated lipid production by day 5. During the two-week healing process, inflammation and lipid hyperproduction tended to normalize, but hyperkeratinization of MG ducts persisted, and meibocyte stem cells continued to decrease. This led to MGD and was likely responsible for corneal epithelial defects observed on day 19. The progressive fibrosis in rat MG was similar to that observed in MG biopsy tissues from OR patients, suggesting that UVB causes chronic and irreversible damage to MGs. Transcriptomic intersection analysis revealed shared gene regulation patterns between UVB-induced changes in rat MG and human rosacea and MGD. Additionally, UVB altered Meibum lipid composition in ways that mimic human MGD. This model provides a valuable tool for studying the pathophysiology of MGD associated with OR and for evaluating potential treatments.

Les glucocorticoïdes (GCs) sont les molécules les plus utilisées en ophtalmologie pour leurs effets anti-inflammatoires, anti-angiogéniques et anti-oedémateux. Ils se lient au récepteur glucocorticoïde (GR) et au récepteur minéralocorticoïde (MR). Dans les tissus « minéralo-sensibles » tels que le rein, le MR est co-exprimé avec l’enzyme 11-bêta-hydroxystéroïde déshydrogénase de type II (11-β-HSD2) qui convertit le cortisol en cortisone, qui ne pouvant pas se lier au MR donne accès à l’aldostérone. Dans les tissus de l’oeil, l’enzyme 11-β-HSD2 étant peu exprimée, le cortisol est le ligand majoritaire du MR, qui peut être activé de manière inappropriée par une augmentation incontrôlée des niveaux de GCs. Cette hyperactivation de la voie minéralocorticoïde induit des effets délétères. Dans l’oeil, la suractivation de la voie minéralocorticoïde active des mécanismes pathogéniques tels que l’inflammation, l’oedème, l’angiogenèse et la fibrose et les antagonistes du MR sont des candidats thérapeutiques. L’administration locale de médicaments optimise leur biodisponibilité oculaire et limite leurs effets secondaires systémiques. La spironolactone, puissant antagoniste du MR aux propriétés pharmacologiques connues et au coût faible, a été choisie pour la préparation de formulations oculaires. Pour le segment antérieur, nous avons opté pour le développement d’un collyre sans polymère, contenant uniquement des excipients déjà connus et approuvés dans des formulations commerciales. Les cyclodextrines ont permis d’améliorer la solubilité de la spironolactone, hautement hydrophobe. Pour le segment postérieur, deux suspensions ont été développées, permettant après une injection intravitréenne simple, une libération prolongée de spironolactone, sans utilisation de polymère ni d’excipients non connus. Les objectifs de ce projet de thèse ont été : 1) de contribuer au développement des formulations de spironolactone pour les segments antérieur et postérieur de l’œil. 2) d’évaluer le rôle et les mécanismes d’action des antagonistes du MR, administrés par voie générale et topique avec le collyre de spironolactone dans des modèles expérimentaux de maladies cornéennes. 3) d’évaluer la tolérance oculaire des formulations chez le rat. Nous avons développé un collyre à base d’hydroxypropyl-gamma-cyclodextrine contenant 0,1% de spironolactone pour le segment antérieur, et deux suspensions contenant 2% de spironolactone pour le segment postérieur. Nous avons montré que la spironolactone administrée par voie générale a des effets anti-angiogéniques, anti-oedémateux et anti-inflammatoires, améliore la régénération nerveuse cornéenne et restaure l’intégrité épithéliale de la cornée dans un modèle d’insuffisance limbique chez le rat. Une des cibles potentielles de la spironolactone identifiée est la décorine, qui a des effets anti-angiogéniques et anti-fibrotiques. Dans un modèle de cicatrisation cornéenne chez le rat, le collyre de spironolactone a accéléré la cicatrisation cornéenne, réduit l'oedème et l'inflammation, renforcé l'intégrité épithéliale et amélioré la régénération nerveuse, suggérant une restauration de l'homéostasie cornéenne. Les études préliminaires de toxicité chez le rat ont démontré une excellente tolérance du collyre de spironolactone après des instillations quotidiennes multiples pendant 7 jours. Une excellente tolérance a également été observée 1 mois après l’injection intravitréenne des suspensions de spironolactone. Nos résultats précliniques ouvrent des perspectives pour la réalisation d’essais cliniques évaluant les deux formulations de spironolactone dans des pathologies des segments antérieur et postérieur du globe oculaire.