特發(fā)性肺纖維化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF）是一種慢性、不可逆的肺部疾病，以肺部炎癥反應(yīng)、成纖維細(xì)胞過度增殖和細(xì)胞外基質(zhì)異常積聚為特征，導(dǎo)致肺部彈性增加、呼吸困難和肺功能衰竭。目前IPF的治療選擇有限，主要通過口服給藥，其中抗纖維化藥物吡非尼酮（Pirfenidone, PFD）雖能改善肺功能和患者生活質(zhì)量，但高劑量和嚴(yán)重的副作用（如消化不良和光毒性）限制了其臨床應(yīng)用。因此，開發(fā)更有效的IPF治療方案是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。

四川大學(xué)華西醫(yī)院/華西口腔醫(yī)院科研團(tuán)隊(duì)在ACS Nano（SCI 1區(qū) 、影響因子:15.8）2024, 18, 26704?26721發(fā)表題為 《Tetrahedral Framework Nucleic Acids Delivery of Pirfenidone for Anti-Inflammatory and Antioxidative Effects to Treat Idiopathic Pulmonary Fibrosis》

在本文的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了博萊霉素（BLM）誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型，使用北京元森凱德生物技術(shù)有限公司 研制生產(chǎn)的動(dòng)物霧化吸入給藥儀器，將PFD-tFNA復(fù)合物（Pt）直接霧化至小鼠肺部，確保了藥物在病變部位的高濃度均勻性分布。

本文重點(diǎn)研究思路如下：

1. 問題的提出

特發(fā)性肺纖維化（IPF）是一種致命的慢性肺部疾病，其特征是肺組織的異常修復(fù)和纖維化。目前，IPF的治療選擇有限，主要依賴于口服藥物吡非尼酮（PFD）。盡管PFD能夠延緩疾病進(jìn)展并改善肺功能，但其臨床應(yīng)用受到以下限制：

· 高劑量需求：PFD需要高劑量（801 mg/次，每日三次）口服，導(dǎo)致患者依從性差。

· 嚴(yán)重的副作用：包括消化不良、光毒性和全身性毒性，這些副作用限制了其長期使用的可行性。

· 藥物遞送效率低：口服給藥導(dǎo)致藥物在肺部的局部濃度不足，且全身分布廣泛，增加了副作用的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，開發(fā)一種能夠提高PFD在肺部局部濃度、減少全身分布的遞送系統(tǒng)，對(duì)于改善IPF治療效果至關(guān)重要。

2. 選擇理想的藥物遞送載體

為了克服PFD的遞送問題，研究團(tuán)隊(duì)選擇了**四面體框架核酸（Tetrahedral Framework Nucleic Acids, tFNA）**作為藥物載體。tFNA是一種具有以下優(yōu)勢的納米結(jié)構(gòu)：

· 良好的生物相容性：tFNA由DNA組成，具有良好的生物相容性和低免疫原性。

· 高效的藥物遞送能力：tFNA能夠通過其結(jié)構(gòu)中的溝槽與小分子藥物結(jié)合，并將藥物高效遞送至細(xì)胞內(nèi)部。

· 生物活性：tFNA本身具有抗炎和抗氧化能力，可能對(duì)IPF的治療產(chǎn)生協(xié)同作用。

· 易于合成和功能化：tFNA的合成過程簡單，且可以通過化學(xué)修飾實(shí)現(xiàn)藥物的高效結(jié)合。

3. 構(gòu)建PFD-tFNA復(fù)合物（Pt）

研究團(tuán)隊(duì)通過以下步驟構(gòu)建了PFD-tFNA復(fù)合物（Pt）：

1. 合成tFNA：通過連接四條單鏈DNA（ssDNA）形成穩(wěn)定的四面體結(jié)構(gòu)。

2. 結(jié)合PFD：將PFD分子嵌入tFNA的結(jié)構(gòu)中，形成復(fù)合物Pt。通過多種技術(shù)（如聚丙烯酰胺凝膠電泳、高效毛細(xì)管電泳、透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡）驗(yàn)證了Pt的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

3. 表征Pt的物理化學(xué)性質(zhì)：通過動(dòng)態(tài)光散射（DLS）測量Pt的尺寸和表面電荷，確認(rèn)其在生理?xiàng)l件下的穩(wěn)定性。

4. 體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Pt的細(xì)胞攝取和生物活性

在體外實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)使用了兩種細(xì)胞模型：

· 小鼠胚胎成纖維細(xì)胞（NIH/3T3）：模擬成纖維細(xì)胞的激活和纖維化過程。

· 人肺泡上皮細(xì)胞（A549）：模擬上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）過程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

· 細(xì)胞攝取能力：Pt能夠被兩種細(xì)胞高效攝取，且在細(xì)胞內(nèi)的分布廣泛，表明tFNA能夠有效地將PFD遞送至細(xì)胞內(nèi)部。

· 抗纖維化活性：Pt顯著抑制了TGF-β1誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞激活和EMT過程，減少了膠原蛋白I、α-SMA等纖維化標(biāo)志物的表達(dá)。

· 免疫調(diào)節(jié)和抗氧化能力：Pt能夠調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，減少氧化應(yīng)激標(biāo)志物（如NOX4）的表達(dá)，同時(shí)增加抗氧化標(biāo)志物（如HO-1）的表達(dá)。

5. 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Pt的治療效果和安全性

在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)使用了博萊霉素（BLM）誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型，通過以下步驟驗(yàn)證了Pt的療效：

1. 藥物遞送方式：通過北京元森凱德生物技術(shù)有限公司 研制生產(chǎn)的動(dòng)物霧化吸入給藥儀器，將Pt直接霧化至小鼠肺部，確保藥物在病變部位的高濃度分布。

2. 治療效果評(píng)估：

o Pt顯著減少了肺組織中羥脯氨酸（膠原蛋白沉積的標(biāo)志物）的含量，改善了肺組織結(jié)構(gòu)。

o Pt高劑量組（Pt-high）在抑制纖維化和恢復(fù)肺功能方面表現(xiàn)出最佳效果，與對(duì)照組（未誘導(dǎo)纖維化的小鼠）接近。

o Pt顯著降低了小鼠的死亡率，恢復(fù)了體重，并且在治療期間未觀察到明顯的全身毒性。

3. 免疫微環(huán)境調(diào)節(jié)：Pt能夠調(diào)節(jié)肺部的免疫細(xì)胞分布，減少M(fèi)2型巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞（DCs）、髓系抑制細(xì)胞（MDSCs）和T細(xì)胞的浸潤，從而抑制炎癥向纖維化的轉(zhuǎn)化。

6. 作用機(jī)制探索

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了Pt的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)Pt通過以下途徑發(fā)揮抗纖維化效果：

· 調(diào)節(jié)TGF-β1/Smad信號(hào)通路：Pt顯著抑制了TGF-β1誘導(dǎo)的Smad2/3磷酸化，減少了成纖維細(xì)胞的激活和EMT過程。

· 抗炎和抗氧化作用：Pt通過減少氧化應(yīng)激標(biāo)志物（如MDA、H2O2）和增加抗氧化酶（如SOD）的活性，改善了肺部的氧化應(yīng)激狀態(tài)，從而抑制了纖維化的進(jìn)展。

四面體框架核酸（Tetrahedral Framework Nucleic Acids, tFNA）作為藥物載體，通過微量精準(zhǔn)霧化技術(shù)，藥物以霧化形式進(jìn)入肺部，增加了藥物與肺組織的接觸面積，提高了藥物的吸收效率。該儀器操作簡單，易于掌握，適合在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行重復(fù)給藥操作。

本研究通過構(gòu)建PFD-tFNA復(fù)合物（Pt），成功克服了PFD在治療IPF中的局限性。Pt不僅提高了PFD的遞送效率和生物利用度，還通過調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境和抗氧化應(yīng)激，顯著改善了肺纖維化的病理狀態(tài)。此外，Pt在小鼠模型中表現(xiàn)出良好的安全性和較低的全身毒性，顯示出巨大的臨床應(yīng)用潛力。

北京元森凱德生物技術(shù)有限公司 研制生產(chǎn)的動(dòng)物霧化吸入給藥儀器，主要包括大/小動(dòng)物肺部氣管直接遞送裝置、動(dòng)物口鼻吸入、僅鼻腔給藥、全身式暴露染毒、動(dòng)物煙氣/PM2.5染毒系統(tǒng)、粉塵氣溶膠發(fā)生器、臭氧動(dòng)物暴露裝置、動(dòng)物高低壓氧艙等：

1. 精準(zhǔn)遞送：能夠?qū)⑺幬锞_地遞送至小鼠肺部，確保藥物直接作用于病變部位，提高了藥物的局部濃度，減少了藥物的全身分布。

2. 高效吸入：通過精準(zhǔn)微霧化技術(shù)，藥物以霧化形式進(jìn)入肺部，增加了藥物與肺組織的接觸面積，提高了藥物的吸收效率。

3. 操作簡便：該儀器操作簡單，易于掌握，適合在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行重復(fù)給藥操作。

4. 科研應(yīng)用廣泛：不僅適用于IPF的研究，還可用于其他肺部疾?。ㄈ缦?、慢性阻塞性肺病等）的藥物遞送研究，為肺部疾病的基礎(chǔ)研究和藥物開發(fā)提供了有力工具。

5. 臨床轉(zhuǎn)化潛力：該儀器的霧化技術(shù)與臨床霧化吸入治療相似，研究成果有望直接轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，為開發(fā)新型肺部疾病治療方案提供技術(shù)支持。

6. 提高實(shí)驗(yàn)效率：相比傳統(tǒng)的口服給藥或氣管滴注，能夠更快速地將藥物遞送至肺部，縮短了實(shí)驗(yàn)周期，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

附：北京元森凱德生物技術(shù)有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），簡稱元森凱德（YSKD），2013年成立于北京中關(guān)村科技園，是一家專業(yè)從事生命科學(xué)類實(shí)驗(yàn)儀器研制、生產(chǎn)與銷售的科技創(chuàng)新型企業(yè)。服務(wù)毒理學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、生物安全、大氣污染物、化學(xué)物質(zhì)毒性鑒定、臨床前藥物開發(fā)與安全性評(píng)價(jià)、呼吸系統(tǒng)、環(huán)境與健康等領(lǐng)域。

部分用戶案例：哈佛大學(xué)，麻省理工學(xué)院，新加坡國立大學(xué)，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，中國科學(xué)院上海藥物研究所，中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所，麗珠醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司，康龍化成（寧波）生物醫(yī)藥有限公司，中日醫(yī)院呼吸病學(xué)研究中心/中日友好臨床醫(yī)學(xué)研究所，清華大學(xué)，北京大學(xué)，北京中醫(yī)藥大學(xué)，中國藥科大學(xué)，沈陽藥科大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)，浙江大學(xué)，四川大學(xué)，中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院等