脑叶损伤程度与吸入药物分布之间的空间匹配：β-甲基地高辛对急性肺损伤的肺部靶向递送

《Powder Technology》：Spatial matching between lobe severity and inhaled drug distribution: Pulmonary-targeted delivery of β-methyldigoxin against acute lung injury

β-甲基地高辛吸入干粉（IDP）通过喷墨磨碎制备，肺沉积率（FPF）达79.60%，在右下叶（RLL）浓度最高（38.34% AUC），与LPS诱导ALI模型中RLL炎症最严重（qPCR验证）及炎症缓解效果最显著（p<0.001）的空间分布一致，为靶向治疗ALI提供新思路。

　　

秦聂|王财芬|熊婷|曹泽英|鲍浩杰|徐慧鹏|郑世宇|吴莉|杨瑞|王伟|张继文|孙立新

沈阳药科大学药学院药物分析系，中国沈阳文华路103号，110016

摘要

急性肺损伤（ALI）是一种高发且危及生命的呼吸系统疾病，而可吸入干粉（IDP）仍然是将治疗药物输送到肺部以治疗这种疾病的有效方法。然而，临床研究的一个主要限制在于难以实现针对肺叶分布的精准治疗。在本研究中，通过喷射研磨制备的β-甲氧地高辛（β-MD）可吸入干粉（IDP）在体外表现出优异的肺部沉积性能，其细颗粒分数（FPF）为79.60 ± 4.89%。在大鼠体内输送β-MD IDP后，利用高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）技术检测了每个肺叶中的β-MD空间分布情况，结果显示右下肺叶（RLL）的药物浓度最高，其曲线下面积（AUC）占总肺暴露量的38.34%。同时，通过直接气管内注射脂多糖（LPS）成功建立了ALI模型，使用qPCR技术检测发现RLL的炎症水平最高。此外，吸入的β-MD IDP有效减少了RLL中的促炎因子释放，并显著缓解了ALI的症状（p < 0.001）。本研究揭示了ALI中的组织损伤分布与吸入β-MD IDP在肺叶中的分布之间的匹配关系，为ALI的吸入靶向治疗提供了重要的临床前景。

引言

急性肺损伤（ALI）的特征是失控的炎症反应，导致急性非心源性肺水肿和低氧血症。随着病情恶化，ALI可能发展为急性呼吸窘迫综合征（ARDS）[1, [2], [3]]。原发性ALI可以通过在动物模型中直接气管内注射盐酸、油酸、脂多糖（LPS）等物质来诱导[4, 5]。在众多模型制备方法中，气管内注射LPS是最常用的方法[6]。然而，LPS在各个肺叶（左肺叶-LL、右上肺叶-RUL、右中肺叶-RML、右下肺叶-RLL和右副肺叶-RAL）中的具体炎症部位尚不明确，因为大多数研究都集中在整个肺部的分析上，这大大限制了治疗的精准度[5, 7, 8]。由于气管解剖结构和分支角度相对恒定，注射的LPS会沿着与吸入颗粒（如烟雾或灰尘）相同的气流路径分布[9]。因此，可以通过类比吸入引起的肺损伤来部分推断每个肺叶中的炎症分布和严重程度。总体而言，对LPS诱导的ALI进行肺叶特异性研究对于深入理解ALI至关重要。

肺部药物输送，特别是可吸入干粉（IDP）制剂，在ALI的治疗中起着关键作用，近年来其治疗意义得到了越来越多的认可[10, 11]。然而，关于可吸入干粉在肺部的沉积特性，研究人员仅使用计算流体动力学（CFD）在体外模拟了不同流动条件下1–10 μm颗粒在肺叶中的传输动态和沉积速率[12, [13], [14], [15]]。此外，尽管研究人员利用成像技术（如荧光显微断层扫描[16, 17]）来表征不同肺叶中颗粒的沉积情况，但半定量方法的准确性有限，无法充分揭示每个肺叶内颗粒的分布特征。 最近的研究探讨了心脏糖苷的潜在抗炎作用，这些糖苷通常被认为是Na⁺/K⁺-ATP酶（NKA）的经典抑制剂[18, 19]。β-甲氧地高辛（β-MD），也称为美地高辛，是一种具有抗病毒活性和潜在抗炎特性的强心苷药物[20]，尽管其在ALI背景下的作用研究较少。在本研究中，β-MD被制备成可吸入干粉（IDP），并在体内和体外评估了其肺部沉积行为。随后，通过直接气管内注射LPS在大鼠中成功建立了ALI模型，以评估五个肺叶中的炎症严重程度。通过使用高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）测量每个肺叶中β-MD IDP的沉积水平，并将这些水平与相应肺叶的疾病严重程度相关联，从而评估了吸入疗法对肺炎的治疗效果。总体而言，这项工作阐明了β-MD IDP的治疗潜力，并建立了肺部药物沉积与区域炎症之间的关联框架，为开发针对ALI的靶向吸入疗法提供了宝贵见解。

材料

β-MD（纯度>98%）购自中国广州的Gd Leawell Pharmaceutical Ltd。乙酸乙酯和氢氧化钠均为分析级，由中国上海的Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.提供。地塞米松（DEX）和LPS（来自大肠杆菌O55: B5）分别购自中国大连的Meilun Pharmaceutical Co., Ltd.和美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich。甲酸和乙腈为LC/MS级。

健康的雄性SD大鼠（体重250 ± 20克）

粉末的体外特性

使用扫描电子显微镜（SEM）表征了聚集体的颗粒形态和几何结构。经过空气粉碎处理后，JM-β-MD粉末的颗粒形态均匀，颗粒尺寸显著减小（图1A）。粒度分布（PSD）结果显示，JM-β-MD粉末的D₅₀为1.65 ± 0.08 μm，而β-MD粉末的D₅₀为8.00 ± 0.40 μm。此外，JM-β-MD的D₉₀为3.44 μm，几乎100%的颗粒直径小于5 μm，表明该尺寸范围内的颗粒占多数

讨论

使用NGI技术表征了β-MD IDP的气动性能并预测了其沉积潜力，其FPF值为79.60 ± 4.89%，证实β-MD IDP能够到达肺部深处。此外，HPLC-MS/MS验证了吸入β-MD IDP后药物在特定肺叶中的实际分布情况，结果显示β-MD IDP在RLL（AUC百分比=38.74%）和RAL（AUC百分比=21.73%）的沉积水平最高，表明β-MD IDP能够有效沉积在这些区域

结论

总之，本研究成功建立了通过气管内注射LPS诱导的ALI大鼠模型，qPCR方法证实RLL的炎症活性显著高于其他肺叶。同时，HPLC-MS/MS结果显示，β-MD IDP在RLL中的暴露量最高。综上所述，基于ALI损伤部位与β-MD在肺叶中的分布相匹配，表明β-MD的肺部输送具有显著的治疗效果

CRediT作者贡献声明

秦聂：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，验证，方法学，数据管理，概念构思。 王财芬：撰写 – 审稿与编辑，监督，正式分析，概念构思。 熊婷：可视化，数据分析。 曹泽英：撰写 – 审稿与编辑，可视化。 鲍浩杰：可视化，数据分析。 徐慧鹏：撰写 – 审稿与编辑，软件操作。 郑世宇：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。 吴莉：可视化

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82273863）的支持。