特發性肺纖維化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF）是一種慢性、不可逆的肺部疾病，以肺部炎癥反應、成纖維細胞過度增殖和細胞外基質異常積聚為特征，導致肺部彈性增加、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量，但高劑量和嚴重的副作用（如消化不良和光毒性）限制了其臨床應用。因此，開發更有效的IPF治療方案是當前的研究重點。

四川大學華西醫院/華西口腔醫院科研團隊在ACS Nano（SCI 1區 、影響因子:15.8）2024, 18, 26704?26721發表題為 《Tetrahedral Framework Nucleic Acids Delivery of Pirfenidone for Anti-Inflammatory and Antioxidative Effects to Treat Idiopathic Pulmonary Fibrosis》

在本文的體內實驗部分，該團隊構建了博萊霉素（BLM）誘導的小鼠肺纖維化模型，使用北京元森凱德生物技術有限公司 研制生產的動物霧化吸入給藥儀器，將PFD-tFNA復合物（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。

本文重點研究思路如下：

1. 問題的提出

特發性肺纖維化（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能夠延緩疾病進展并改善肺功能，但其臨床應用受到以下限制：

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

· 嚴重的副作用：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，增加了副作用的風險。

因此，開發一種能夠提高PFD在肺部局部濃度、減少全身分布的遞送系統，對于改善IPF治療效果至關重要。

2. 選擇理想的藥物遞送載體

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

· 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能夠通過其結構中的溝槽與小分子藥物結合，并將藥物高效遞送至細胞內部。

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

· 易于合成和功能化：tFNA的合成過程簡單，且可以通過化學修飾實現藥物的高效結合。

3. 構建PFD-tFNA復合物（Pt）

研究團隊通過以下步驟構建了PFD-tFNA復合物（Pt）：

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

2. 結合PFD：將PFD分子嵌入tFNA的結構中，形成復合物Pt。通過多種技術（如聚丙烯酰胺凝膠電泳、高效毛細管電泳、透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡）驗證了Pt的結構和穩定性。

3. 表征Pt的物理化學性質：通過動態光散射（DLS）測量Pt的尺寸和表面電荷，確認其在生理條件下的穩定性。

4. 體外實驗驗證Pt的細胞攝取和生物活性

在體外實驗中，研究團隊使用了兩種細胞模型：

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

· 人肺泡上皮細胞（A549）：模擬上皮-間充質轉化（EMT）過程。

實驗結果表明：

· 細胞攝取能力：Pt能夠被兩種細胞高效攝取，且在細胞內的分布廣泛，表明tFNA能夠有效地將PFD遞送至細胞內部。

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

· 免疫調節和抗氧化能力：Pt能夠調節炎癥反應，減少氧化應激標志物（如NOX4）的表達，同時增加抗氧化標志物（如HO-1）的表達。

5. 體內實驗驗證Pt的治療效果和安全性

在體內實驗中，研究團隊使用了博萊霉素（BLM）誘導的小鼠肺纖維化模型，通過以下步驟驗證了Pt的療效：

1. 藥物遞送方式：通過北京元森凱德生物技術有限公司 研制生產的動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. 治療效果評估：

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

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

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

3. 免疫微環境調節：Pt能夠調節肺部的免疫細胞分布，減少M2型巨噬細胞、樹突狀細胞（DCs）、髓系抑制細胞（MDSCs）和T細胞的浸潤，從而抑制炎癥向纖維化的轉化。

6. 作用機制探索

研究團隊進一步探討了Pt的作用機制，發現Pt通過以下途徑發揮抗纖維化效果：

· 調節TGF-β1/Smad信號通路：Pt顯著抑制了TGF-β1誘導的Smad2/3磷酸化，減少了成纖維細胞的激活和EMT過程。

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

四面體框架核酸（Tetrahedral Framework Nucleic Acids, tFNA）作為藥物載體，通過微量精準霧化技術，藥物以霧化形式進入肺部，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，適合在動物實驗中進行重復給藥操作。

本研究通過構建PFD-tFNA復合物（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，還通過調節免疫微環境和抗氧化應激，顯著改善了肺纖維化的病理狀態。此外，Pt在小鼠模型中表現出良好的安全性和較低的全身毒性，顯示出巨大的臨床應用潛力。

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

1. 精準遞送：能夠將藥物精確地遞送至小鼠肺部，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：通過精準微霧化技術，藥物以霧化形式進入肺部，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，適合在動物實驗中進行重復給藥操作。

4. 科研應用廣泛：不僅適用于IPF的研究，還可用于其他肺部疾?。ㄈ缦⒙宰枞苑尾〉龋┑乃幬镞f送研究，為肺部疾病的基礎研究和藥物開發提供了有力工具。

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

6. 提高實驗效率：相比傳統的口服給藥或氣管滴注，能夠更快速地將藥物遞送至肺部，縮短了實驗周期，提高了實驗效率。

附：北京元森凱德生物技術有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），簡稱元森凱德（YSKD），2013年成立于北京中關村科技園，是一家專業從事生命科學類實驗儀器研制、生產與銷售的科技創新型企業。服務毒理學、藥理學、免疫學、生物安全、大氣污染物、化學物質毒性鑒定、臨床前藥物開發與安全性評價、呼吸系統、環境與健康等領域。

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