Topical ocular sustained-release drug delivery systems represent an effective strategy for the treatment of ocular diseases, for which a suitable carrier has yet to be sufficiently developed. Herein, an eye-compatible sodium polystyrene sulfonate resin (SPSR) was synthesized with a uniform particle size of about 3 μm. Ligustrazine phosphate (LP) was adsorbed to SPSR by cation exchange to form LP@SPSR. LP@SPSR suspension eye drops were further developed using the combination of Carbopol 934P and xanthan gum as suspending agents. The LP@SPSR suspension showed a sustained release in vitro, which was consistent with the observed porcine corneal penetration ex vivo. Pharmacokinetics in tear fluid of rabits indicated that LP@SPSR suspension led to prolonged ocular retention of LP and a 2-fold improved the area under the drug concentration-time curve (AUC0-t). Pharmacokinetics in the aqueous humor of rabbits showed 2.8-fold enhancement in the AUC0-t compared to LP solution. The LP@SPSR suspension exhibited no cytotoxicity to human corneal epithelial cells, nor irritation was observed in rabbit eyes. Thus, the LP@SPSR suspension has been validated as a safe and sustained release system leading to enhanced ophthalmic bioavailability for treating ocular diseases.

Atropine sulfate (ATS) eye drops at low concentrations constitute a limited selection for myopia treatment, with challenges such as low ophthalmic bioavailability and inadequate stability. This study proposes a novel strategy by synthesizing ophthalmic sodium polystyrene sulfonate resin (SPSR) characterized by a spherical shape and uniform size for cationic exchange with ATS. The formulation of ATS@SPSR suspension eye drops incorporates xanthan gum and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) as suspending agents. In vitro studies demonstrated that ATS@SPSR suspension eye drops exhibited sustained release characteristics, and tropic acid, its degradation product, remained undetected for 30 days at 40℃. The ATS levels in the tear fluids and aqueous humor of New Zealand rabbits indicated a significant increase in mean residence time (MRT) and area under the drug concentration–time curve (AUC0-12h) for ATS@SPSR suspension eye drops compared to conventional ATS eye drops. Moreover, safety assessment confirmed the non-irritating nature of ATS@SPSR suspension eye drops in rabbit eyes. In conclusion, the cation-responsive sustained-release ATS@SPSR suspension eye drops enhanced the bioavailability and stability of ATS, offering a promising avenue for myopia treatment.