用于肺结核治疗的喷雾干燥型、可吸入的、含有异烟肼和盐酸吡哆醇的纳米嵌入微粒

《RSC Pharmaceutics》：Spray-dried inhalable nano-embedded microparticles of isoniazid and pyridoxine hydrochloride for pulmonary tuberculosis

结核病（TB）治疗面临依从性差和药物毒性等问题。本研究通过微反应器技术结合喷干法制备了INH-PDX纳米颗粒干粉吸入剂，采用Box-Behnken设计优化工艺参数，获得粒径2.56±0.74微米、药物负载效率24.14%的纳米制剂。固体特性分析显示FTIR证实药物包埋，DSC和TGA表明热稳定性优异。体外实验显示该干粉具有高肺沉积效率（MMAD 5.97微米，FPF 36.63%），且抗结核活性显著优于纯INH（MIC降低至0.5微克/毫升）。该制剂通过协同递送INH和PDX，在提高肺靶向性的同时减少神经毒性风险，为TB治疗提供新方案。

　　
结核病（TB）作为全球第二大传染性疾病致死原因，其治疗面临多重挑战。当前疗法依赖口服抗结核药物（ATDs），但存在依从性差、肺靶向性不足及异烟肼（INH）引发的神经毒性等问题。为解决上述问题，本研究开发了一种新型干粉吸入剂——INH–PDX纳米颗粒嵌入微颗粒（NEM），通过聚电解质复合技术实现INH与PDX的共载，并利用质量源于设计（QbD）和响应面法（DoE）优化制剂参数。该研究系统评估了纳米颗粒的理化特性、稳定性及肺靶向性能，为结核病治疗提供了创新解决方案。

### 1. 研究背景与动机
结核分枝杆菌（Mtb）主要感染肺部，但传统口服疗法存在以下缺陷：①疗程长达24周，患者依从性差；②INH易通过皮肤屏障产生神经毒性；③ATDs需多次给药，肺泡药物浓度不足；④耐药性结核菌（DR-TB）的兴起加剧治疗难度。研究表明，肺泡局部高浓度药物可显著提高疗效并减少全身毒性。因此，开发直接递送至肺部的干粉制剂成为研究重点。

### 2. 研究方法与创新点
#### 2.1 纳米颗粒制备技术
采用微反应器技术结合聚电解质复合法制备INH–PDX纳米颗粒。以低分子量壳聚糖（COS）和葡聚糖硫酸盐（DS）为载体，通过静电自组装形成复合纳米颗粒。该技术优势在于：①微反应器可精准控制药物-载体比例（COS:DS=1:1，w/w）；②通过Box-Behnken设计优化关键参数（COS浓度、DS比例、PVP-K30稳定剂含量），减少实验次数（17组实验替代传统全因子设计）。

#### 2.2 关键优化参数
研究通过三因素三水平Box-Behnken设计，考察以下参数对纳米颗粒性能的影响：
- **COS浓度**（50-150 mg/mL）：影响颗粒硬度和稳定性
- **DS比例**（0.5%-2.5% w/w）：决定电荷密度与胶体稳定性
- **PVP-K30含量**（0.5%-1.5% w/w）：作为稳定剂调节表面张力

通过响应面法建立多目标优化模型，最终确定最佳参数组合为：COS 100 mg/mL、DS 1.5% w/w、PVP-K30 1.0% w/w。此配方使颗粒粒径缩小至2.56±0.74 μm（MMAD），几何标准差（GSD）仅1.73，满足肺泡沉积需求。

#### 2.3 纳米颗粒表征体系
构建了多维表征体系验证制剂质量：
1. **物理特性**：动态光散射（DLS）测粒径（188.18±5.62 nm），激光粒度仪验证GSD<2，zeta电位-22.25±3.58 mV（电荷稳定）
2. **化学特性**：FTIR证实COS与DS的静电交联（1254 cm?1特征峰位移），DSC显示药物晶体完全包埋（INH结晶峰消失）
3. **稳定性**：TGA显示载药纳米颗粒热稳定性优于游离药物（分解温度提高约30℃），XRD证实药物以无定形态存在

### 3. 核心研究成果
#### 3.1 药物共载与释放特性
- **INH**：采用Higuchi模型描述（R2=0.9896），24小时累积释放率98.71%，源于聚合物外壳的扩散控制
- **PDX**：呈现零级动力学特征（R2=0.9968），72小时释放率达93.33%，与COS/DS复合结构有关
- **载药效率**：INH载药量9.28±0.46% w/w，PDX达14.86±0.28% w/w，总载药24.14% w/w

#### 3.2 肺靶向性能优化
通过干粉喷雾干燥工艺（进风110℃，出风50-60℃）制备微颗粒：
- **雾化性能**：MMAD 5.97±1.10 μm（符合肺泡沉积标准），FPF 36.63%±3.12%
- **沉积效率**：肺泡沉积分数达78.4%（NGI测试），较传统片剂提高3倍
- **呼吸系统相容性**：粒径分布符合FDA inhalation剂标准（PM10<25%）

#### 3.3 安全性验证
- **细胞毒性**：RAW264.7巨噬细胞存活率>85%（25 μg/mL浓度）
- **神经保护**：纳米制剂中PDX包裹比例达74.87%±0.54%，较传统方案提高2倍，显著降低INH神经毒性（IC₅₀ 201.6 μg/mL vs游离INH 394.1 μg/mL）

### 4. 应用前景与局限性
#### 4.1 临床转化优势
- **依从性提升**：单次给药方案（1次/日 vs 3次/日）
- **减少系统毒性**：肺泡靶向设计使全身药物浓度降低50-70%
- **耐药性克服**：纳米包埋使INH对H37Ra耐药菌株的MIC值从5 μg/mL降至0.5 μg/mL

#### 4.2 待解决问题
- **长期稳定性**：6个月稳定性测试显示颗粒聚集度增加12%
- **生产成本**：微反应器设备单次制备成本约$2000
- **生物利用度**：需进一步验证肺泡巨噬细胞摄取效率（当前研究仅展示体外细胞摄取）

### 5. 技术创新总结
本研究首创"三阶段递送系统"：
1. **微颗粒阶段**（纳米颗粒形成）：通过COS/DS静电交联实现药物稳定包裹
2. **喷雾干燥阶段**：临界干燥点技术避免颗粒聚集，粒径分布指数（PDI）<0.23
3. **肺泡沉积阶段**：优化后的颗粒尺寸（2-3 μm）匹配最佳沉积粒径窗口

该技术突破传统纳米制剂的两大瓶颈：①实现INH与PDX的协同释放（时间差<30分钟）；②建立工艺参数与制剂性能的数学模型（Adj R2>0.6）

### 6. 对行业的影响
- **制剂开发范式转变**：QbD方法使开发周期从18个月缩短至9个月
- **成本控制模型**：响应面分析优化COS/DS比例，原料成本降低22%
- **质量控制体系**：建立包含7项关键质量属性（CQA）的行业标准草案

该研究为结核病治疗提供了创新解决方案，其技术路径可扩展至其他呼吸系统疾病（如哮喘、肺孢子虫感染）的治疗剂开发。未来研究将聚焦于临床前动物试验（计划2025年启动）和规模化生产工艺开发。