元森凯德动物肺递送装置，助力特发性肺纤维化科研

特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF）是一种慢性、不可逆的肺部疾病，以肺部炎症反应、成纤维细胞过度增殖和细胞外基质异常积聚为特征，导致肺部弹性增加、呼吸困难和肺功能衰竭。目前IPF的治疗选择有限，主要通过口服给药，其中抗纤维化药物吡非尼酮（Pirfenidone, PFD）虽能改善肺功能和患者生活质量，但高剂量和严重的副作用（如消化不良和光毒性）限制了其临床应用。因此，开发更有效的IPF治疗方案是当前的研究重点。

四川大学华西医院/华西口腔医院科研团队在ACS Nano（SCI 1区 、影响因子:15.8）2024, 18, 26704−26721发表题为 《Tetrahedral Framework Nucleic Acids Delivery of Pirfenidone for Anti-Inflammatory and Antioxidative Effects to Treat Idiopathic Pulmonary Fibrosis》

在本文的体内实验部分，该团队构建了博莱霉素（BLM）诱导的小鼠肺纤维化模型，使用北京元森凯德生物技术有限公司 研制生产的动物雾化吸入给药仪器，将PFD-tFNA复合物（Pt）直接雾化至小鼠肺部，确保了药物在病变部位的高浓度均匀性分布。

本文重点研究思路如下：

1. 问题的提出

特发性肺纤维化（IPF）是一种致命的慢性肺部疾病，其特征是肺组织的异常修复和纤维化。目前，IPF的治疗选择有限，主要依赖于口服药物吡非尼酮（PFD）。尽管PFD能够延缓疾病进展并改善肺功能，但其临床应用受到以下限制：

· 高剂量需求：PFD需要高剂量（801 mg/次，每日三次）口服，导致患者依从性差。

· 严重的副作用：包括消化不良、光毒性和全身性毒性，这些副作用限制了其长期使用的可行性。

· 药物递送效率低：口服给药导致药物在肺部的局部浓度不足，且全身分布广泛，增加了副作用的风险。

因此，开发一种能够提高PFD在肺部局部浓度、减少全身分布的递送系统，对于改善IPF治疗效果至关重要。

2. 选择理想的药物递送载体

为了克服PFD的递送问题，研究团队选择了**四面体框架核酸（Tetrahedral Framework Nucleic Acids, tFNA）**作为药物载体。tFNA是一种具有以下优势的纳米结构：

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

· 高效的药物递送能力：tFNA能够通过其结构中的沟槽与小分子药物结合，并将药物高效递送至细胞内部。

· 生物活性：tFNA本身具有抗炎和抗氧化能力，可能对IPF的治疗产生协同作用。

· 易于合成和功能化：tFNA的合成过程简单，且可以通过化学修饰实现药物的高效结合。

3. 构建PFD-tFNA复合物（Pt）

研究团队通过以下步骤构建了PFD-tFNA复合物（Pt）：

1. 合成tFNA：通过连接四条单链DNA（ssDNA）形成稳定的四面体结构。

2. 结合PFD：将PFD分子嵌入tFNA的结构中，形成复合物Pt。通过多种技术（如聚丙烯酰胺凝胶电泳、高效毛细管电泳、透射电子显微镜和原子力显微镜）验证了Pt的结构和稳定性。

3. 表征Pt的物理化学性质：通过动态光散射（DLS）测量Pt的尺寸和表面电荷，确认其在生理条件下的稳定性。

4. 体外实验验证Pt的细胞摄取和生物活性

在体外实验中，研究团队使用了两种细胞模型：

· 小鼠胚胎成纤维细胞（NIH/3T3）：模拟成纤维细胞的激活和纤维化过程。

· 人肺泡上皮细胞（A549）：模拟上皮-间充质转化（EMT）过程。

实验结果表明：

· 细胞摄取能力：Pt能够被两种细胞高效摄取，且在细胞内的分布广泛，表明tFNA能够有效地将PFD递送至细胞内部。

· 抗纤维化活性：Pt显著抑制了TGF-β1诱导的成纤维细胞激活和EMT过程，减少了胶原蛋白I、α-SMA等纤维化标志物的表达。

· 免疫调节和抗氧化能力：Pt能够调节炎症反应，减少氧化应激标志物（如NOX4）的表达，同时增加抗氧化标志物（如HO-1）的表达。

5. 体内实验验证Pt的治疗效果和安全性

在体内实验中，研究团队使用了博莱霉素（BLM）诱导的小鼠肺纤维化模型，通过以下步骤验证了Pt的疗效：

1. 药物递送方式：通过北京元森凯德生物技术有限公司 研制生产的动物雾化吸入给药仪器，将Pt直接雾化至小鼠肺部，确保药物在病变部位的高浓度分布。

2. 治疗效果评估：

o Pt显著减少了肺组织中羟脯氨酸（胶原蛋白沉积的标志物）的含量，改善了肺组织结构。

o Pt高剂量组（Pt-high）在抑制纤维化和恢复肺功能方面表现出最佳效果，与对照组（未诱导纤维化的小鼠）接近。

o Pt显著降低了小鼠的死亡率，恢复了体重，并且在治疗期间未观察到明显的全身毒性。

3. 免疫微环境调节：Pt能够调节肺部的免疫细胞分布，减少M2型巨噬细胞、树突状细胞（DCs）、髓系抑制细胞（MDSCs）和T细胞的浸润，从而抑制炎症向纤维化的转化。

6. 作用机制探索

研究团队进一步探讨了Pt的作用机制，发现Pt通过以下途径发挥抗纤维化效果：

· 调节TGF-β1/Smad信号通路：Pt显著抑制了TGF-β1诱导的Smad2/3磷酸化，减少了成纤维细胞的激活和EMT过程。

· 抗炎和抗氧化作用：Pt通过减少氧化应激标志物（如MDA、H2O2）和增加抗氧化酶（如SOD）的活性，改善了肺部的氧化应激状态，从而抑制了纤维化的进展。

四面体框架核酸（Tetrahedral Framework Nucleic Acids, tFNA）作为药物载体，通过微量精准雾化技术，药物以雾化形式进入肺部，增加了药物与肺组织的接触面积，提高了药物的吸收效率。该仪器操作简单，易于掌握，适合在动物实验中进行重复给药操作。

本研究通过构建PFD-tFNA复合物（Pt），成功克服了PFD在治疗IPF中的局限性。Pt不仅提高了PFD的递送效率和生物利用度，还通过调节免疫微环境和抗氧化应激，显著改善了肺纤维化的病理状态。此外，Pt在小鼠模型中表现出良好的安全性和较低的全身毒性，显示出巨大的临床应用潜力。

北京元森凯德生物技术有限公司 研制生产的动物雾化吸入给药仪器，主要包括大/小动物肺部气管直接递送装置、动物口鼻吸入、仅鼻腔给药、全身式暴露染毒、动物烟气/PM2.5染毒系统、粉尘气溶胶发生器、臭氧动物暴露装置、动物高低压氧舱等：

1. 精准递送：能够将药物精确地递送至小鼠肺部，确保药物直接作用于病变部位，提高了药物的局部浓度，减少了药物的全身分布。

2. 高效吸入：通过精准微雾化技术，药物以雾化形式进入肺部，增加了药物与肺组织的接触面积，提高了药物的吸收效率。

3. 操作简便：该仪器操作简单，易于掌握，适合在动物实验中进行重复给药操作。

4. 科研应用广泛：不仅适用于IPF的研究，还可用于其他肺部疾病（如哮喘、慢性阻塞性肺病等）的药物递送研究，为肺部疾病的基础研究和药物开发提供了有力工具。

5. 临床转化潜力：该仪器的雾化技术与临床雾化吸入治疗相似，研究成果有望直接转化为临床应用，为开发新型肺部疾病治疗方案提供技术支持。

6. 提高实验效率：相比传统的口服给药或气管滴注，能够更快速地将药物递送至肺部，缩短了实验周期，提高了实验效率。

附：北京元森凯德生物技术有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），简称元森凯德（YSKD），2013年成立于北京中关村科技园，是一家专业从事生命科学类实验仪器研制、生产与销售的科技创新型企业。服务毒理学、药理学、免疫学、生物安全、大气污染物、化学物质毒性鉴定、临床前药物开发与安全性评价、呼吸系统、环境与健康等领域。

部分用户案例：哈佛大学，麻省理工学院，新加坡国立大学，瑞士苏黎世联邦理工学院，中国科学院上海药物研究所，中国中医科学院中药研究所，丽珠医药集团股份有限公司，康龙化成（宁波）生物医药有限公司，中日医院呼吸病学研究中心/中日友好临床医学研究所，清华大学，北京大学，北京中医药大学，中国药科大学，沈阳药科大学，复旦大学，浙江大学，四川大学，中南大学湘雅医学院等