整合气溶胶沉积与上皮转运的鼻内止吐干粉制剂研究

《International Journal of Pharmaceutics》：Integrated aerosol deposition and epithelial transport in intranasal antiemetic dry powders

　　

经鼻干粉递送提供了一种非侵入性的快速全身药物吸收途径，在口服给药受损时可能对止吐治疗尤其有益。然而，常规体外工具通常单独评估气溶胶沉积或上皮通透性，这限制了其区分制剂依赖性转运行为的能力。研究人员对两种喷雾干燥制剂进行了理化性质和气溶胶性能表征，两种制剂仅在有无非离子表面活性剂上存在差异，随后使用空气液体界面（ALI）RPMI-2650鼻上皮模型进行生物学评价。采用鼻用粉末装置耦合改良膨胀室和级联撞击器进行气溶胶递送，实现粉末直接沉积于上皮细胞层。研究人员评估了细胞相容性、上皮屏障完整性和跨上皮药物转运，并进行了定量质量平衡分析。两种制剂表现出相似的固态性质、高发射剂量重现性和相似的区域鼻沉积分布。两种制剂均未诱导细胞毒性或破坏上皮屏障完整性，这通过跨上皮电阻和细胞旁通透性不变得以证实。尽管沉积行为相似，含表面活性剂制剂表现出更快的初始转运和持续更高的跨上皮转运趋势，且无屏障损伤证据。这些差异与沉积后的制剂依赖性过程一致，如空气液体界面处的表面润湿和溶出行为差异。总体而言，本研究证明气溶胶沉积单独可能无法完全预测鼻内干粉的上皮转运。该整合沉积–转运平台为制剂筛选和优化提供了稳健的体外工具，支持鼻内止吐疗法及其他需要快速可靠全身递送的鼻用药物产品的开发。

鼻内干粉制剂为快速全身药物吸收提供非侵入性途径，在口服给药受限时对止吐治疗尤为重要。然而，止吐治疗现有给药途径存在明显局限：口服给药在活动性呕吐患者中常无效，且受首过代谢影响；静脉给药虽可避免上述问题，但有创且不适合临床场所外快速自我给药。因此，需要非侵入性且能快速可靠全身吸收的递送策略。鼻内递送可通过高血管化鼻黏膜快速吸收并绕过肝脏首过代谢，干粉制剂较液体制剂具有更好物理化学稳定性。但干粉性能受制剂组成、气溶胶产生、鼻腔沉积及与上皮相互作用等多因素影响。常规体外工具往往孤立评估沉积或通透性，难以区分制剂依赖性生物性能。研究人员开发了一种整合气溶胶沉积与上皮转运的体外平台，将鼻用装置递送的喷雾干燥止吐干粉直接沉积到空气液体界面（ALI）RPMI-2650鼻上皮细胞模型上，旨在探究制剂水平差异（如添加低水平非离子表面活性剂）是否能在气溶胶沉积和屏障完整性不变的情况下影响上皮转运行为。

研究人员使用两种由Therakind Ltd.提供的专有喷雾干燥制剂，仅辅料组成不同：制剂1含药物（活性药物成分，API）、黏液黏附剂和填充剂，制剂2额外含非离子表面活性剂；API为5-HT3受体拮抗剂，属BCS I类化合物，在两种制剂中均占31% w/w。研究结合固态表征、气溶胶性能测试、Franz扩散池溶出、MTS细胞毒性实验及整合气溶胶沉积–转运平台，评估了细胞相容性、屏障完整性和跨上皮转运。主要关键技术方法包括：扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒形态，差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）评估固态性质，动态蒸气吸附（DVS）分析吸湿行为；DUSA（剂量均匀性取样装置）测定发射剂量，Alberta理想化鼻腔入口（AINI）耦合Next Generation Impactor（NGI）评估区域沉积；改良3D打印膨胀室连接NGI实现气溶胶直接沉积到Snapwell插入式细胞培养膜上；转运实验收集基底侧样本，并用高压液相色谱（HPLC）定量API；跨上皮电阻（TEER）和荧光素钠通透性评估屏障完整性。所有实验至少重复三次，数据以均值±SD表示，采用t检验、ANOVA及f1/f2相似性因子分析。

结果部分：3.1 颗粒工程与固态稳定性。SEM显示两种制剂均为不规则非球形颗粒，平均粒径分别为20.36±4.88 μm和23.09±7.6 μm；制剂2表面较光滑，制剂1呈波纹状且部分壳塌陷。DSC中未处理API的熔融峰在喷雾干燥制剂中消失，表明晶体结构被破坏；TGA显示两者残余水分均<2% w/w，热稳定性相似；DVS显示制剂1和2在两个吸附–解吸循环中水分摄取分别为7.37%/7.01%和5.05%/5.09%，两者均基本可逆，总体固态性质相当。3.2 气溶胶性能与鼻沉积。DUSA测试显示发射剂量为制剂1 96.6±2.8%、制剂2 96.8±2.3%，无显著差异；AINI–NGI沉积显示两种制剂均主要在鼻咽区（约13–15%）和鼻甲区（约6–8%）沉积，鼻腔和嗅区极少，NGI中主要留在第1级，无显著制剂间差异。表面活性剂未改变区域沉积特征，提示后续转运差异并非由沉积剂量差异引起。3.3 体外溶出。Franz扩散池试验中两种制剂均在30分钟内快速释放后进入平台期，各时间点无显著差异，f1=11.4、f2=62.8，符合FDA相似性标准，表明在大量水性介质中溶出行为相似。3.4 MTS细胞相容性。两种制剂在0.24–1000 μg·mL?1浓度范围内暴露24 h后，RPMI-2650细胞活力均保持>85%，无浓度依赖性毒性。3.5 气溶胶暴露后上皮屏障功能。TEER在暴露前后无显著变化，荧光素钠表观渗透系数（Papp）与未处理对照相比无改变，表明气溶胶暴露未损伤上皮完整性。3.6 利用改良气溶胶沉积平台的制剂依赖性跨上皮转运。细胞-free和细胞接种Snapwell上API总回收量约为46–57 μg，相当于发射API质量的约0.8–1.1%，两种制剂及有无细胞间无显著差异。转运研究中，两种制剂均在30分钟内达到最高渗透速率；制剂2在30分钟时约转运沉积剂量的42%，制剂1约为30%；虽然各时间点无统计学显著差异（p>0.05），但整体转运曲线f1=24.2、f2=46.7，超出FDA相似性标准（f1≤15、f2≥50），提示整体转运趋势不同。4小时分布显示制剂2基底侧累积转运量均值更高，但未达显著差异；制剂2顶端保留较少，两种制剂细胞内滞留均极少。结合TEER和Papp不变，提示转运可能经跨细胞途径，但未直接证明。DVS结果中制剂2平衡水分摄取较低（5.05%/5.09%对7.01%/7.37%），可能反映其表面润湿和界面水相互作用差异，非离子表面活性剂可能促进沉积后与上皮界面的更有效相互作用。3.7 整合气溶胶沉积与上皮转运对鼻用粉末设计的启示。常规体外鼻转运研究多采用溶液顶端给药，绕过了干粉的气溶胶分散、颗粒撞击和ALI处溶出等关键步骤。本研究证明，尽管气溶胶沉积、发射剂量和区域沉积几乎相同，但制剂间出现一致的转运趋势差异；而Franz细胞溶出显示两者相似，提示制剂依赖性上皮转运差异可能源于沉积后上皮表面相互作用，而非气溶胶化、沉积或溶出差异。

讨论部分指出研究局限性：ALI模型不能完全复现人鼻腔表面的黏液体积、流变学、黏蛋白组成及黏膜纤毛清除；RPMI-2650为简化上皮模型，不完整再现黏液和纤毛活动；转运机制未直接探究。多聚物水化、凝胶化以及聚合物–表面活性剂相互作用未直接表征，也不能排除表面活性剂对粉末流动性和去团聚的影响。尽管如此，该整合平台提供了稳健且具分辨力的体外筛选工具。

研究结论：将气溶胶沉积与上皮转运评估相结合，可观察到仅凭气溶胶性能指标无法预测的制剂依赖性跨上皮转运差异。两种制剂固态性质、发射剂量、区域沉积和上皮安全谱相似，但转运行为存在差异，提示沉积后上皮界面相互作用可能影响生物性能。该平台为需要快速全身递送的鼻用制剂筛选和优化提供生理相关工具，有助于建立制剂性质与上皮转运之间的未来联系。