布地奈德棕榈酸酯纳米粒Trojan微颗粒的制剂优化：面向肺部递送的喷雾干燥研究

《International Journal of Pharmaceutics》：Trojan microparticles of budesonide palmitate nanoparticles: formulation optimization for lung delivery

研究人员合成了布地奈德的前药布地奈德棕榈酸酯（budesonide palmitate, BP），并以PEG化脂质（PEGylated lipid）DSPE-mPEG作为唯一辅料，通过乳化-蒸发法（emulsion-evaporation）将其制备为纳米粒。获得约200 nm的球形纳米粒，前药含量为57–73%（w/w）。为以干粉形式将纳米粒递送至肺部，研究人员首次通过喷雾干燥（spray drying）制备了含5%–20%（w/w）上述前药纳米粒的Trojan微颗粒（Trojan microparticles）。结果表明，细颗粒分数（fine particle fraction, FPF）随纳米粒百分比增加而降低。含5%纳米粒的制剂最适合靶向肺泡区域，其质量平均空气动力学直径（mean mass aerodynamic diameter, MMAD）为3.3 μm，FPF为67%，肺泡颗粒分数（alveolar particle fraction, AF）为41%。这些Trojan微颗粒似乎是经肺部递送治疗呼吸系统疾病的有前景载体。

哮喘和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）构成全球健康负担，COPD为全球第三位主要死因。糖皮质激素（glucocorticoids, GCs）因强效抗炎和免疫抑制作用长期用于哮喘和COPD，但高剂量或长期使用可导致骨质疏松、高血糖、胰岛素抵抗、脂肪分布异常、高血压、青光眼和肌肉萎缩等不良反应。吸入性糖皮质激素（inhaled corticosteroids, ICS）可快速起效并将药物直接递送至作用部位，减少全身副作用，但仍受ICS作用时间短、肺部解剖结构阻碍颗粒沉积以及黏液高分泌等疾病相关因素限制。动物吸入实验显示布地奈德在气道组织中的滞留明显长于仅依据其亲脂性所预期的时间，这可由布地奈德与长链脂肪酸发生快速、广泛且可逆的细胞内酯化解释；脂肪酸结合物可作为细胞内储库缓慢释放活性GC。将脂质结合布地奈德直接递送至肺部可能进一步延长其肺滞留。黏液高分泌是COPD等急慢性上下气道疾病的病理特征，黏液可吸附药物和颗粒并阻碍药物及纳米药物扩散，而PEG化纳米粒可增强黏液穿透。基于此，该研究提出将BP经PEG化后直接递送至肺部，并进一步制成Trojan微颗粒；此前甘露糖包衣BP纳米粒增加肺泡巨噬细胞数量的尝试发现，激活巨噬细胞孵育最初数小时摄取无差异，因此采用喷雾干燥将PEG化前药纳米粒载入Trojan微颗粒，也称nano-in-microparticles，用于肺和鼻递送。此类微颗粒空气动力学直径为1–5 μm，适合肺沉积；基质辅料可使PEG化纳米粒在沉积后快速释放，从而结合多孔颗粒的高效递送与纳米粒的黏液扩散和细胞摄取能力。该研究目的是优化BP PEG化纳米粒制剂，并评估其制成Trojan微颗粒用于肺递送的能力，为后续体内评价GC肺滞留增强及巨噬细胞靶向提供第一步。

研究人员开展了BP合成、PEG化纳米粒制备与表征、Trojan微颗粒制备及体外空气动力学评价。BP由布地奈德C-21位醇端与棕榈酰氯酯化合成，经硅胶柱纯化并以¹H NMR表征，产率67%。以DSPE-mPEG为唯一辅料，乳化-蒸发法制备不同BP/DSPE-mPEG比例的PEG化纳米粒；采用动态光散射（dynamic light scattering, DLS）测粒径、多分散指数（polydispersity index, PdI）和ζ电位，透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）观察形态；高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC）结合紫外（ultraviolet, UV）和蒸发光散射检测器（evaporative light-scattering detector, ELSD）测定包封率和载量，超速离心分离游离物。以L-亮氨酸为基质，喷雾干燥制备含0、5%、10%和20%（w/w）BP-1纳米粒的Trojan微颗粒；激光衍射测粒径分布，振实密度仪测密度，多级液体撞击器（multi-stage liquid impinger, MSLI）评估MMAD、排出分数（emitted fraction, EF）、FPF和AF，扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）观察形态，模拟肺液（simulated lung fluid, SLF）再分散后DLS测粒径。该研究未涉及临床样本队列或动物队列。

研究结果如下。3.1 布地奈德棕榈酸酯纳米粒的制备（Formulation of BP NPs）：通过乳化-蒸发法获得平均直径150–200 nm、PdI 0.05–0.2、ζ电位?30至?50 mV的纳米粒，4°C储存30天以上相对稳定，PdI约0.2，TEM显示球形颗粒；两种前药/脂质比例不影响稳定性，研究人员据此比较稳定性、包封率和载量。3.2 包封率与化合物载量（Encapsulation efficiency and compound loadings）：无论BP:DSPE-mPEG比例如何，BP包封率约100%，DSPE-mPEG包封率为37–45%；BP载量在2:1比例约72%，在1:1比例57–63%；未检出布地奈德，表明制备过程中BP未降解；基于最高BP载量和BP浓度选择BP-1（BP:DSPE-mPEG 5/2.5）。3.3 纳米粒制成Trojan微颗粒（Formulation of nanoparticles into Trojan microparticles）：喷雾干燥获得白色、流动性好的粉末，SEM显示微颗粒呈球形、表面略不规则并可见空心壳，随纳米粒含量增加粗糙度增加；D₅₀在纳米粒至10%时约5 μm，20%时增至7.2 μm，span约1.7；振实密度从0.040±0.01 g/cm³增至0.09±0.01 g/cm³；MMAD从1.01±0.06 μm增至4.58±0.24 μm；所有粉末EF约100%，FPF和AF随纳米粒增加而下降，无纳米粒粉末FPF约87%、AF约70%，20%纳米粒降至56%和28%；含5%纳米粒组MMAD 3.3 μm、FPF 67%、AF 41%，最适合靶向肺泡区域及后续体内试验。3.4 Trojan微颗粒再分散为纳米粒（Redispersion of Trojan microparticles into nanoparticles）：低纳米粒质量百分比时喷雾干燥前后粒径相似，随纳米粒百分比增加，喷雾干燥后粒径从约140 nm增至约200 nm，原文认为可能由于颗粒融合；5%组喷雾前后为141±4 nm和160±11 nm，进一步支持5%制剂最适合未来体内试验。

讨论部分总结：该研究认为纳米粒浓度增加导致微颗粒尺寸增大的结果与Tsapis et al.的观察一致；但文献对纳米粒对Trojan微颗粒尺寸的影响存在争议，Gómez-Gaete et al.发现地塞米松醋酸酯纳米粒浓度增加时D₁₀不变、D₅₀和D₉₀略降但不显著，Hadinoto et al.发现聚丙烯酸酯纳米粒浓度增加使微颗粒尺寸减小，可能与大量细颗粒有关；尺寸改变取决于辅料、干燥速率以及辅料和纳米粒的机械性质。再分散结果与纳米粒/辅料比例影响再分散的既往观察一致。该研究意义在于为延长GC肺滞留、增强黏液穿透及后续巨噬细胞靶向提供了BP PEG化纳米粒和Trojan微颗粒制剂基础。

研究结论（翻译）：研究人员成功合成了布地奈德前药布地奈德棕榈酸酯，并以DSPE-mPEG为唯一辅料通过乳化-蒸发法制备为纳米粒。制剂形成稳定的球形纳米粒，流体动力学直径为150–200 nm，包封率很高。将5%、10%和20%的BP PEG化纳米粒与L-亮氨酸一起经喷雾干燥获得Trojan微颗粒，并进行表征和体外评价。含5%纳米粒的微颗粒似乎最有前景，其空气动力学直径约3.3 μm，适合靶向肺泡区域，且肺沉积性能良好，FPF约67%，AF约41%。这些Trojan微颗粒似乎是经肺部递送治疗呼吸系统疾病的有前景载体。仍需进一步体内评价药代动力学、生物分布及在肺炎症模型中的疗效。