IF:19.0 《AFM》同济大学陈林松:具有粘液清除和活性氧清除特性的可吸入脂质纳米颗粒用于急性肺损伤治疗
专栏:学术前沿
发布日期:2025-12-01
作者:创赛科研

急性肺损伤(Acute Lung Injury, ALI)及其进展阶段急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是一类具有高发病率和高死亡率的严重呼吸系统疾病,尤其在新冠疫情中造成了全球范围内的巨大健康负担。ALI可由多种因素诱发,包括局部炎症反应和系统性损伤,其病程通常经历渗出期、增生期及纤维化期。目前尚无针对ALI的特异性治疗手段,临床主要依赖机械通气、抗生素及糖皮质激素等对症支持疗法,但长期机械通气可引起二次损伤,药物干预则难以有效清除炎症病灶中过量的活性氧(ROS)。因此,亟需开发新型的靶向递药策略,以高效清除过量ROS、减轻炎症反应并改善ALI的治疗效果。相比口服或静脉给药,吸入给药具有局部靶向、起效快和系统毒性低等优势,但肺部黏液屏障和复杂的炎症微环境使药物递送面临挑战,这促使研究者探索兼具黏液穿透性与抗氧化功能的纳米载药系统。


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为了解决上述问题,同济大学医学院陈林松团队构建了一种可吸入的姜黄素-乙酰半胱氨酸复合脂质体(Cur-NAC Lipos),用于治疗急性肺损伤。该系统以生物相容性优异的脂质体为载体,共包载具有抗氧化和抗炎作用的姜黄素(Cur)与FDA批准的黏液溶解剂乙酰半胱氨酸(NAC)。其中,NAC可断裂黏液中的二硫键,降低黏液黏度,从而促进脂质体在气道和肺泡中的深入渗透;而姜黄素则通过清除过量ROS、抑制炎症因子(如IL-1β、IL-6、TNF-α)释放,减轻炎症损伤。研究结果表明,Cur-NAC Lipos不仅显著减少ALI模型中的黏液分泌和氧化应激反应,还有效调节中性粒细胞与巨噬细胞的炎症状态,实现了抗氧化与黏液调控的协同治疗,为急性肺损伤及其他黏液相关肺部疾病的精准吸入治疗提供了新的策略。该文章于2025年10月23日以Inhalable Lipid Nanoparticles with Mucus Clearance and ROS Scavenging Properties for Acute Lung Injury Treatment为题发表于Advanced Functional Materials》(DOI10.1002/adfm.202510848


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图1 示意图:姜黄素-NAC脂质体的制备工艺及其在急性肺损伤(ALI)治疗中的应用

(1)Cur-NAC脂质体的合成与表征

Cur-NAC Lipos经薄膜水化法制备,挤出后粒径约120 nm(图2a),表面电位为−6.33 mV(图2b),形貌呈均一球形(图2c)。紫外–可见光谱显示Cur-NAC Lipos在425 nm处具有姜黄素特征吸收峰,证实药物成功包封(图2d)。姜黄素和NAC的包封率分别为94.1%和7.9%,载药量分别为82.3%和2.6%。药物释放实验显示,前2 h释放约60%的NAC和<20%的姜黄素,24 h后NAC释放超过80%,姜黄素释放约60%(图2e)。稳定性测试结果表明,Cur-NAC Lipos在水、PBS和0.9% NaCl溶液中72 h内粒径与电位几乎无变化,具有良好稳定性(图2f–h)。在100 µg/mL姜黄素和50 µg/mL NAC条件下,MTT检测显示其细胞毒性较低(图3b)。


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图2 Cur-NAC Lipos 的合成和表征。a) 游离脂质体和 Cur-NAC Lipos 的流体动力学直径和 b) zeta 电位。c) 游离脂质体和 Cur-NAC Lipos 的代表性 TEM 图像。比例尺:200 µm。d) 游离姜黄素和 Cur-NAC Lipos 的紫外-可见-近红外光谱。e) Cur-NAC Lipos 中姜黄素和 NAC 的释放曲线。f) Cur-NAC Lipos 在水、PBS 和 0.9% NaCl 溶液中的流体动力学直径。g) 在不同溶液中孵育 72 小时的 Cur-NAC Lipos 的流体动力学直径和 h) zeta 电位。数据表示为平均值±平均值的标准误差 (SEM) ( n = 3)


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图3 Cur-NAC Lipos 的体外 ROS 清除和粘液溶解能力。a) Cur-NAC Lipos 的 DPPH 和 ABTS 自由基清除率。b) MLE-12 细胞和 RAW 264.7 细胞与不同浓度的 Cur-NAC Lipos 孵育后的相对细胞活力。c) 用 H2O2预刺激并用不同配方处理的 MLE-12 细胞和 RAW 264.7细胞的流式细胞术图。d) 用H2O2预刺激并用不同配方处理的 RAW 264.7 细胞的 CLSM 图像。 e) 不同处理后RAW 264.7细胞上清液中IL-6细胞因子水平。 f) 不同处理后RAW 264.7细胞上清液中TNF-α细胞因子水平。g) ICG标记脂质体和NAC脂质体穿透粘液层的视觉评估。h) 体外粘液穿透实验示意图。i) 不同处理方法对粘液穿透的CLSM图像。j) 不同粘液穿透处理后RAW 264.7细胞内吞姜黄素的平均荧光强度


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图4 Cur-NAC Lipos 减轻 LPS 诱导的急性肺损伤。a) 示意图显示了 ALI 小鼠模型的建立和治疗时间线。b–h) 不同治疗后 BAL 液中炎症相关免疫细胞(包括中性粒细胞、肺泡巨噬细胞和间质巨噬细胞)的量化。i–k) 不同治疗后 BAL 液中几种促炎细胞因子的水平


H&E染色结果显示,Cur-NAC Lipos显著减轻了ALI小鼠肺组织损伤,表现为炎性细胞浸润减少及肺泡壁增厚缓解(图5a),其治疗效果经SMITH评分进一步验证,优于其他处理组。免疫荧光结果表明,LPS组肺组织中ROS荧光强度显著升高,而Cur Lipos与Cur-NAC Lipos组荧光明显减弱,其中Cur-NAC Lipos组ROS水平最低(图5b)。Texas Red染色结果显示,LPS组肺泡及气道内黏液大量积聚,而各处理组荧光强度降低,Cur-NAC Lipos组最低(图5c)。AB-PAS染色进一步证实,LPS组黏蛋白分泌显著增强,而NAC Lipos、自由药物混合组及Cur-NAC Lipos组均表现为黏蛋白含量减少,其中Cur-NAC Lipos组最少(图5d)。同时,Cur-NAC Lipos组中姜黄素荧光信号最强,表明其在体内具有优异的黏液穿透与清除能力。综上,Cur-NAC Lipos在体内可有效清除ROS、改善黏液堆积并缓解ALI相关炎症反应。血液生化及血常规分析显示,吸入Cur-NAC Lipos后,小鼠的MCV、WBC、HCT、HGB、RBC、MCH和PLT均处于正常范围,未见明显异常;肝肾功能指标BUN、AST、ALT和ALP亦保持正常(图5e)。主要脏器(肺、肝、心、肾、脾)的H&E染色显示组织结构完整,无明显炎症或坏死迹象。结果表明,Cur-NAC Lipos具有良好的生物安全性和低系统毒性。


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图5 Cur-NAC Lipos 减轻 LPS 诱导的急性肺损伤。a) 不同处理后肺切片的 H&E 染色。b) 用 DCFH2-DA 染色并通过荧光显微镜分析的肺切片中的 ROS 水平。c) 不同处理后肺切片中的粘液分泌水平,用德克萨斯红染色并通过荧光显微镜分析。d) 不同处理后肺组织的 AB-PAS 染色。 e) 气管内给予 PBS 或 Cur-NAC Lipos 3天后,全血细胞计数结果

 研究小结 

在本研究中,我们将粘液溶解剂NAC 和抗炎化合物姜黄素封装在脂质纳米颗粒中,开发出可吸入的 Cur-NAC Lipos,用于治疗 ALI。研究发现,这些纳米颗粒能有效清除 ROS 并促进粘液清除,这些机制可增强药物在炎症部位的局部渗透。此外,在小鼠 ALI 模型中,我们证明 Cur-NAC Lipos 能有效降低炎症病变中异常升高的细胞因子(如 IL-1βIL-6 和 TNF-α),调节免疫细胞反应,促进肺泡中多余粘液的清除,共同显著改善ALI 症状。重要的是,这些多功能可吸入纳米颗粒在滴注后表现出可忽略不计的毒性,突显了它们的安全性。总之,这项工作为开发针对呼吸系统疾病的可吸入纳米药物开辟了一条充满希望的新途径。

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