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文献速递 | IF=11.5玉研肺部雾化给药装置助力纳米药物逆转肺纤维化！

发布：上海玉研科学仪器有限公司

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特发性肺纤维化（IPF）是一种高死亡率的进行性肺部疾病。FDA批准的药物尼达尼布和吡非尼酮(PFD)可以通过抑制成纤维细胞的过度活化来延缓疾病进展，但是由于常规给药方式靶点部位药物积蓄水平低，作用时间短，无法显著改善患者的生存率。因此寻找新的治疗途径至关重要，纳米药物的出现改变了这一点。

近日，中国药科大学药学院姜虎林教授团队构建了一种双药负载纳米颗粒并使用玉研仪器的肺部雾化给药装置治疗小鼠肺纤维化，该纳米颗粒Lip@VP使用薄膜分散体制备方法，将 VER（维替泊芬）和 PFD（吡非尼酮）同时封装在脂质层内，借助肺部液体定量雾化器，将固定量的纳米颗粒溶液雾化成直径10-30um的气溶胶，并弥漫扩散到小鼠的整个肺部。在治疗两周之后，发现肺纤维化小鼠的肺功能以及肺部组织结构都可喜地恢复了健康。随后在药物递送领域Top期刊Journal of Controlled Release发表名为“Inhaled nanoparticles for treating idiopathic pulmonary fibrosis by inhibiting honeycomb cyst and alveoli interstitium remodeling”的文章。

许多研究报告称，IPF可以通过修复损伤的Ⅱ型肺泡上皮细胞和抑制成纤维细胞过度激活并调节失调的免疫细胞来缓解，随着进一步了解，IPF的发生并不限于疾病特异性的Ⅱ型肺泡上皮细胞和成纤维细胞。众所周知，气道上皮作为外部环境与宿主之间的接口，当气道上皮受到免疫或生长刺激因素时，Yes相关蛋白（YAP）被激活，驱动与迁移和增殖相关的基因表达。流化的细胞在周围重新定位，以大量增殖和分化产生粘蛋白的气道细胞为特征，在实质部位出现蜂窝状囊肿，肺功能大幅下降。大量证据表明异常的气道上皮反应在疾病进展中起着至关重要的作用。

肺纤维化恢复过程图

在本研究中，作者团队首先检查了患有IPF的人类和小鼠。患有IPF的肺部表现出结构扭曲并具有增生性蜂窝状囊肿和上皮细胞积聚的结构，大量气道上皮迁移至肺泡。在此，研究者制备了负载维替泊芬（VER）和吡非尼酮（PFD）的脂质纳米颗粒（Lip@VP），当药液雾化到肺部时，VER能够通过抑制气道流化阻止蜂窝状囊肿的形成，PFD同时抑制成纤维细胞过度活化。本研究主要关注气道上皮的流化和成纤维细胞的过度激活。

纳米颗粒结构图

首先作者先做了大量体外实验，包括划痕实验检验该药物抑制细胞迁移的作用，以及抑制细胞增殖的相关实验，药物的细胞毒性等。

结果显示Lip@VP可以有效抑制16 HBE 细胞的迁徙以及成纤维细胞的增殖。

16 HBE 细胞的划痕实验

为了验证其在体内的效果，研究人员将小鼠分成了6组，一组为正常对照，另外5组用博来霉素（BLM）肺部雾化给药方式创建IPF模型，使用肺部雾化给药装置创建肺纤维化模型相比于传统滴注方法具有很大的优势：肺部雾化因为不用气管切开且无大液滴窒息风险，死亡率与滴注法相比显著降低；且雾化扩散范围大，药液肺内分布均匀，肺部弥漫性病变，更接近临床患者真实肺部情况；可定量给药，无首关消除，节省药液且重复性高。BLM处理7天后，小鼠接受雾化给药，用生理盐水、Lip@P、Lip@V和Lip@VP给药，同时，设置一组口服PFD，并监测其肺功能和病理改变。

实验过程示意图

肺功能图表显示使用过双重药物纳米颗粒（Lip@VP）可以显著改善纤维化小鼠的肺功能，与其他组小鼠相比更加接近正常对照组小鼠。

各组小鼠的肺功能各项指标

采用体积描记法测定各组小鼠的潮气量，每分钟通气量，吸气峰值流速以及呼吸中段流速，可以看到对比正常组，其他四组都有很明显的下降，Lip@VP组与正常组保持接近一致。

之后研究人员又对各组小鼠的肺部进行切片染色，α平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和间质蛋白（krt5）进行免疫荧光染色。如下图所示：

各组小鼠肺部染色

由图可见正常小鼠HE染色中肺部肺泡结构完整，细胞数目少，而纤维化模型小鼠中细胞数目显著增多，肺泡结构紊乱，而在肺纤维化小鼠使用了Lip@VP后，肺泡结构又接近正常。在Masson染色上可观察到纤维化肺组织中胶原纤维显著染色加深，表示增加的的大量细胞其实是过度增殖的成纤维细胞，α-SMA和krt5的表达在纤维化小鼠肺部也是明显增强，这些蛋白的过度增多加重纤维化，而Lip@VP组却逆转回到正常水平。定量测量进一步证实了纳米双重药物可以降低α-SMA和krt5过量的表达。

各组α-SMA和krt5蛋白表达条带

研究中通过肺纤维化的造模与纳米药物的纤维化逆转，提示了肺纤维化是个气道上皮流化和成纤维细胞过度增殖的过程，所以抑制气道流化和纤维细胞增殖是治疗的切入点，纳米药物通过肺内雾化进入肺泡表面，因其更强的渗透力以及持续释放的能力；VER抑制气道上皮流化，减少细胞病理性迁移，同时PFD抑制成纤维细胞过度增殖，两者共同作用，将肺纤维化形成的蜂窝样囊肿和肺泡扭曲重塑，达到治愈效果。总的来说，纳米颗粒负载双重药物实验中取得了令人惊喜的效果，通过纳米颗粒包裹药物加强其穿透性与蓄积能力，肺部雾化的方式增加其作用范围，为临床治疗IPF寻找到了新的策略。

玉研仪器肺部雾化给药装置（Microsprayer Aerosolizer）也称作气管内雾化给药装置，是专门为小鼠、大鼠、豚鼠等小动物设计，可精确进行气管内雾化给药的装置。可将微量的液体定量通过集成在不锈钢毛细插管中的气溶胶雾化微喷头雾化，毛细插管可深入动物的气管处，实现气管内定量雾化成气溶胶给药。相较于传统口服或注射给药，药物可直接作用于肺部，适用于肺部生理、病理、药理学研究，按给药的状态不同可分为液体给药以及干粉给药。

产品特点

适用于小鼠、大鼠、豚鼠、兔子等小动物，也可定制大动物专用款；
气管内直接给药，无首关消除，药物全身效应小；
药物可为液体或干粉，满足不同需求；
微量精确给药，最小药物用量25μL（液体）；
可用于溶液、小细胞悬浮液（直径15μm以下）、均质悬浊液、粘度较低的乳浊液、干粉等给药；
90%药物雾化直径＜30μm（液体），可均匀分布于大小鼠肺部组织中；
使用方便，安全稳定，采用不锈钢材质，坚固稳定耐腐蚀；
可用于吸入毒理学、空气生物学、生物危害测试、吸入免疫、吸入治疗、药物研究、环境评价、危害评估和医学防护等诸多领域。

玉研仪器肺部雾化给药装置可提供中化所专业粒径分布测试报告，从报告中可以看到玉研仪器肺部雾化给药装置与国外进口同类产品（已停产）相比，其粒径分布高度一致。

雾化效果展示

▲雾化效果图

肺部雾化给药的优势

可直接将药物定量递送至肺部或以肺部为媒介。实现局部或系统疾病的治疗；

肺部给药可以避免肝首过效应，降低给药剂量，减少不良反应；

肺部给药可以快速吸收药物进入体循环，保持药物的生物活性，适用于蛋白质、多肽的给药；

肺部给药是一种新型的、更有效的促进药物肺内均匀分布的给药方法，只需单次雾化，且剂量能准确控制

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拓展阅读

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3.Yue, Dayong et al. “Diesel exhaust PM2.5 greatly deteriorates fibrosis process in pre-existing pulmonary fibrosis via ferroptosis.” Environment international vol. 171 (2023): 107706. doi:10.1016/j.envint.2022.107706

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往期精彩回顾

关于玉研仪器肺部给药装置的更多应用可阅读下方推文，其主要介绍了复旦大学团队发表于Cell杂志上的论文，主要研究了一种新型SARS-CoV-2 Omicron单域抗体通过使用玉研仪器肺部雾化给药装置以雾化吸入途径的输送到小鼠肺部，为新冠的治疗提供了一种新的可能。