靶向递送索拉非尼的喷雾干燥纳米-微米吸入系统用于肺癌治疗的研究

《International Journal of Pharmaceutics》：Exploring a mucoacting spray-dried nanoparticle-in-microparticle inhalable formulation for targeted pulmonary delivery of sorafenib in lung cancer therapy

本刊推荐：为解决肺癌治疗中全身给药导致的毒副作用大、肿瘤部位药物浓度低等问题，研究人员开发了一种用于靶向肺递送索拉非尼(Sor)的黏液穿透性喷雾干燥纳米-in-微米(NiM)吸入制剂。该研究成功构建了叶酸(FA)靶向的纳米粒(FA-PPP-NPs@Sor)，并将其包载于由甘露醇(MAN)、亮氨酸(LEU)、N-乙酰半胱氨酸(NAC)和碳酸氢铵(AB)组成的功能性微球中。结果显示，该NiMSor制剂具有适宜的空气动力学粒径(MMAD为2.2 μm，FPF达76%)、可控释药特性及显著的体外抗肿瘤活性，为肺癌的局部靶向治疗提供了新策略。

　　

肺癌，尤其是非小细胞肺癌(NSCLC)，是全球范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一。由于其早期症状隐匿，多数患者确诊时已处于晚期，预后较差。传统的全身化疗虽然广泛应用，但面临着药物在肿瘤部位蓄积量低、全身毒性反应大、患者生存率不理想等挑战。免疫疗法虽展现出潜力，却可能引发自身免疫反应和血管渗漏综合征等安全问题。因此，开发高效、低毒的肺癌治疗新策略迫在眉睫。

吸入给药作为一种非侵入性的局部给药方式，能将药物直接递送至肺部，具有起效快、避免首过效应、降低全身暴露和毒副作用的优势，并能提高患者用药依从性。然而，呼吸道的生理屏障，如黏液纤毛清除作用、黏液层以及肺泡巨噬细胞的吞噬作用，严重限制了药物在肺部的有效沉积、渗透和滞留。纳米药物递送系统(NDDS)的出现为克服这些屏障带来了希望。纳米载体能够提高药物稳定性、实现长效缓释、延长肺部滞留时间，并通过表面修饰黏液穿透聚合物或靶向配体来增强对肿瘤细胞的靶向性，从而提高疗效并减少对健康组织的损伤。

索拉非尼(Sorafenib, Sor)是一种多激酶抑制剂，通过抑制肿瘤细胞增殖、促进凋亡和抑制血管生成来发挥抗肿瘤作用，目前已获批用于肝细胞癌和胰腺癌的治疗。研究表明，其在肺癌治疗中也具有潜力，可作为二线或三线治疗选择。但索拉非尼的水溶性差、口服生物利用度低，限制了其临床应用。将其封装于纳米载体中，通过吸入途径给药，被认为是提高其肺部生物利用度的有效策略。

尽管纳米颗粒本身因其纳米级尺寸不适合直接吸入（易被呼出或沉积在上呼吸道），将其包载于具有适宜空气动力学特性的微米级颗粒中，即构建纳米-in-微米(NiM)系统，已成为实现高效肺部药物递送的前沿技术。喷雾干燥(SD)技术能够精确控制颗粒的尺寸和空气动力学特性，是制备此类吸入制剂的理想方法。

在此背景下，发表于《International Journal of Pharmaceutics》的一项研究，由Cinzia Scialabba、Federico Corsaro、Salvatore Emanuele Drago、Emanuela Fabiola Craparo和Gennara Cavallaro共同完成，旨在开发一种创新的吸入式NiM递送系统，用于索拉非尼的肺部靶向递送，以治疗非小细胞肺癌。

为了开展这项研究，研究人员运用了几个关键的技术方法。首先，他们通过化学合成制备了具有靶向和 stealth 特性的多功能接枝共聚物PHEA-g-PLGA-g-PEG-FA（以生物相容性聚合物PHEA为主链，接枝PLGA和叶酸-聚乙二醇缀合物）。其次，采用纳米沉淀法制备了负载索拉非尼的叶酸靶向纳米粒(FA-PPP-NPs@Sor)，并对其理化性质（粒径、Zeta电位、载药量、包封率）进行了表征。第三，利用喷雾干燥技术，将纳米粒与功能性辅料（甘露醇、亮氨酸、N-乙酰半胱氨酸、碳酸氢铵）共同加工成纳米-微米(NiM)吸入粉末。体外生物学评价使用了人肺癌细胞(A549)和人支气管上皮细胞(16HBE)，通过MTS法检测细胞毒性，通过细胞摄取实验验证靶向性，并通过划痕实验评估抗迁移能力。最后，使用安德森级联撞击器(ACI)评价了微粉的空气动力学性能，并通过流变学实验考察了制剂对黏液黏度的调节作用。

3.1. 合成和表征PHEA-g-PLGA-g-PEG-FA

研究人员成功合成了目标接枝共聚物PHEA-g-PLGA-g-PEG-FA。核磁共振氢谱分析表明，PLGA的接枝度(DD_PLGA)为3.3 mol%，PEG-FA的接枝度(DD_PEG-FA)约为8条链/分子。尺寸排阻色谱测得其绝对重均分子量为193,230 Da。该共聚物的成功合成为后续制备功能化纳米粒奠定了基础。

3.2. 生产和表征PHEA-g-PLGA-g-PEG-FA纳米粒

通过纳米沉淀法制备的空载(FA-PPP-NPs)和索拉非尼负载(FA-PPP-NPs@Sor)纳米粒均表现出良好的特性。FA-PPP-NPs@Sor的平均粒径为109.2 nm，多分散指数(PDI)为0.14，Zeta电位为-14.8 mV，载药量(DL%)为10 wt%，包封率(EE%)为77 wt%。体外释放研究表明，在模拟肿瘤微环境的酸性条件(pH 5.5)下，24小时内的药物累积释放量(21.7 wt%)显著高于在生理pH 7.4条件下的释放量(8.4 wt%)，显示出pH响应性释放行为，有利于在肿瘤部位增强疗效。黏液相互作用实验表明，经PEG修饰的纳米粒与黏蛋白的相互作用显著低于未 PEG 化的纳米粒，证明其具有良好的黏液穿透潜力。

3.3. 生产和表征可吸入的纳米-微米颗粒

通过喷雾干燥技术，将FA-PPP-NPs@Sor纳米粒与功能性辅料（甘露醇、亮氨酸、N-乙酰半胱氨酸、碳酸氢铵）成功制备成纳米-微米(NiM)颗粒，命名为NiM_Sor。该工艺的产率为63 wt%，对索拉非尼的包封率达到100 wt%，微粉中的药物负载量为0.35 wt%。扫描电镜显示微粉呈球形，几何粒径分布均匀。安德森级联撞击器分析表明，NiM_Sor的质量中值空气动力学直径(MMAD)为2.2 μm，细颗粒分数(FPF)高达76%，表明其非常适合深肺沉积。将NiM_Sor微粉重新分散于水中，可恢复出与喷雾干燥前粒径和Zeta电位相近的纳米粒分散体，且该特性在室温储存一年后仍能保持，证明了制剂良好的物理稳定性。流变学测试显示，NiM_Sor能显著降低黏蛋白分散体的复数粘度，且该作用具有时间和浓度依赖性，这主要归功于配方中的N-乙酰半胱氨酸的黏液溶解作用，有助于纳米粒在肺黏液中的渗透。

生物学表征

体外细胞毒性实验（MTS法）显示，空载的FA-PPP-NPs在测试浓度范围内对A549和16HBE细胞均表现出良好的生物相容性。负载索拉非尼的FA-PPP-NPs@Sor对肺癌细胞A549表现出强烈的细胞毒性，其半数抑制浓度(IC₅₀)为18 μM，与游离索拉非尼(IC₅₀ = 8 μM)的效力相当。然而，在正常支气管上皮细胞16HBE上，FA-PPP-NPs@Sor的毒性显著低于游离索拉非尼（IC₅₀分别为69 μM和17.7 μM），表明该靶向递送系统能够选择性杀伤癌细胞，而对正常细胞的毒性较低。当使用游离叶酸竞争性阻断A549细胞表面的叶酸受体后，FA-PPP-NPs@Sor的细胞毒性大大降低(IC₅₀ >100 μM)，证实了其细胞摄取是通过叶酸受体介导的内吞作用实现的。细胞摄取实验进一步直观地证实了叶酸靶向纳米粒能被A549细胞有效内化，且该过程可被游离叶酸竞争性抑制。划痕实验结果表明，与游离索拉非尼相比，FA-PPP-NPs@Sor能更有效地抑制A549细胞的迁移（48小时伤口闭合率分别为27%和40%），提示该纳米系统在抑制肿瘤转移方面具有潜在优势。

综上所述，本研究成功开发了一种用于索拉非尼肺部靶向递送的喷雾干燥纳米-微米吸入系统。该NiM_Sor制剂结合了纳米技术的优势（靶向性、可控释放、黏液穿透）和微米颗粒适宜吸入的空气动力学特性。研究结果表明，该系统能显著提高索拉非尼对肺癌细胞的选择性毒性，同时降低对正常细胞的伤害，并能有效抑制癌细胞迁移。其优异的空气动力学性能确保了药物能够深达肺部，而含N-乙酰半胱氨酸的基质则有助于降低黏液粘度，促进药物渗透。该研究为开发高效、低毒的肺癌局部治疗方案提供了一个极具前景的平台，将纳米药物的靶向性与吸入给药的便利性相结合，有望改善非小细胞肺癌患者的治疗结局。未来的研究重点可能包括在更复杂的肺黏液和肿瘤微环境模型中验证其渗透和靶向效率，以及进行临床前动物实验以评估其体内药效和安全性。