治疗雾霾致肺损伤的肺吸入给药系统研究

发布时间：2020-07-24 01:19

【摘要】：社会工业化进程一般会带来严重的环境污染,其中雾霾现象尤其突出,已成为重要的公共卫生问题。从上世纪西方发达国家快速工业化过程中出现严重空气污染事件,到现在发展中国家突出的雾霾问题,都给人类的健康带来巨大挑战。肺与外界环境直接相通,在没有物理防护的情况下,是雾霾损伤的主要器官。事实表明,雾霾可造成呼吸系统疾病产生和加重,发病率和死亡率升高。但目前社会对雾霾的健康威胁认识不十分清楚,除了物理防护手段外,医学干预措施有限。本文提出雾霾致肺损伤有三种类型:(1)物理性肺损伤,是指雾霾中无机不降解颗粒物造成的肺损伤,早期表现为炎症反应和氧化应激;(2)化学性肺损伤,是指雾霾中的可溶性成分和有机物造成的肺损伤,如二氧化硫形成的酸雾可致酸性肺损伤,臭氧可致氧化性肺损伤;(3)生物性肺损伤,是指附着在雾霾颗粒上的病原体导致的肺部感染和肺损伤。肺部给药系统可直接将药物传递到肺部,药物可在损伤部位迅速发挥作用,且肺部药物比例较高,有利于雾霾致肺损伤的治疗,并且药物在其他组织分布较少,减少了副作用发生率。因此肺部给药系统用于治疗雾霾致肺损伤具有高效安全的特点。本研究建立了雾霾致不同类型肺损伤的动物模型,针对损伤机理选择合适的药物,并依据药物性质制备成脂质体、包合物等剂型,进一步制备成粉雾剂等肺吸入给药系统,进行了详尽的性质考察和药效评价,阐明了肺吸入给药系统治疗雾霾致肺损伤的机理,提供了针对不同类型肺损伤的治疗方案。1.物理性肺损伤的治疗用纳米二氧化硅代表雾霾中无机颗粒物,经大鼠气管喷入,检查肺组织出血及炎症因子IL-6和TGF-β升高水平,确定以0.1mg/只的剂量造模,建立了物理性肺损伤大鼠模型。选择不同作用机理的药物,并根据它们的性质制备成合适剂型,进行肺部给药。考察了磷酸氯喹溶液、L-半胱氨酸溶液、氯膦酸二钠溶液、盐酸氟西汀溶液、姜黄素脂质体、SB203580溶液的治疗效果,发现它们可不同程度缓解肺损伤,其中氟西汀可减少肺出血症状,显著降低肺泡灌洗液中的IL-6、IL-1β和TNF-α水平,是优良的抗雾霾致物理性肺损伤的肺吸入药物。2.化学性肺损伤的治疗用盐酸代表雾霾中酸性成分,经大鼠气管喷入,建立了酸性肺损伤大鼠模型。将磷酸氯喹制备成粉雾剂,其可吸入粒子剂量(FPD)、可吸入粒子比例(FPF)、吸入比例(RF)及抛射剂量(ED)分别为2.86mg、22.49%、12.70%及92.98%,适合肺部给药。氯喹粉雾剂经大鼠气管给药后,降低了TNF-α、IL-6、总蛋白水平,抑制NF-κB p65蛋白、p21蛋白表达及分泌型磷脂酶A2的基因表达,抗炎作用显著,对酸性肺损伤的疗效优于阳性药地塞米松。用过氧化氢(H_2O_2)代表雾霾中氧化成分,经大鼠气管喷入,检查肺组织病理切片,确定造模剂量为每只大鼠0.2mL 10mM H_2O_2水溶液,建立了氧化性肺损伤大鼠模型。制备了SOD脂质体、氯喹脂质体及共载SOD/氯喹脂质体,粒径均小于100nm。考察了SOD溶液及其脂质体和粉雾剂、氯喹溶液及其脂质体和粉雾剂、SOD/氯喹脂质体和粉雾剂的肺损伤治疗效果,溶液或脂质体药效好于粉雾剂。通过肺组织病理切片和肺泡灌洗液中炎症因子(总蛋白、GSH、TNF-α、IL-6)考察,得到脂质体中合适药物剂量为500U SOD、0.5mg氯喹、250U SOD/0.25mg氯喹。两种药物不同剂量组合后的药效表明,它们的作用机理不同,可共同发挥抗肺损伤作用,但并无协同作用。用脂多糖建立大鼠急性肺损伤模型,氯喹粉雾剂通过降低炎症因子TNF-α、IL-6、总蛋白水平,抑制NF-κB p65蛋白、p21蛋白表达及分泌型磷脂酶A2的基因表达,显著降低LPS导致的肺损伤,药效与阳性药地塞米松作用相当。3.生物性肺损伤的治疗用鲍曼不动杆菌和白色念珠菌代表雾霾中微生物,经大鼠气管喷入后得到细菌和真菌性肺炎模型,模拟雾霾致生物性肺损伤。制备茶树油β-环糊精包合物(TTO-β-CD)并进行了性质表征,扫描电镜显示其为不规则形态粉末,空气动力学粒径(MMAD)为5.59μm,排空率为98.0%,FPF为51.22%,适合肺部给药。TTO-β-CD体外无抗菌活性,体内TTO-β-CD对真菌或细菌抑制作用与阳性药氟康唑和青霉素相近。TTO-β-CD减少了肺泡灌洗液中的白细胞和中性粒细胞、降低炎性因子水平、下调COX-2表达,抗真菌性肺炎效果优于阳性药氟康唑,抗细菌性肺炎效果与青霉素相近。用金黄色葡萄球菌代表雾霾中微生物,同上获得细菌性肺炎模型。用乙醇注入法制备穿心莲内酯脂质体,粒径为77.91nm,加入甘露醇冻干后得到穿心莲内酯脂质体粉雾剂(LADPI),扫描电镜显示其为不规则形态粉末,MMAD为4.87μm,FPF为23.03%,复溶后的包封率和载药量分别为94.8%和6.70%。LADPI几乎没有体外抗菌能力,但肺部给药后,肺部菌落数显著下降,可下调肺炎大鼠IL-1、TGF-β、总蛋白、ICAM1和IFN-γ水平,抑制IκB-α的磷酸化,从而抑制NF-κB通路,减轻炎症。LADPI还可调节免疫细胞(白细胞和中性粒细胞)水平。因此肺吸入穿心莲内酯可通过抑制局部炎症反应和调节免疫应答,发挥抗细菌性肺炎作用。4.雾霾颗粒致肺损伤的治疗收集地面大气中的雾霾颗粒,进行结构和性质表征。雾霾颗粒为灰黑色固体,能谱分析表明颗粒中的元素主要为C、O、Si,说明雾霾颗粒成分主要是碳氢化物及沙尘,经微生物群落多样性云分析鉴定雾霾颗粒中含有真菌和细菌。制备雾霾颗粒混悬液,经大鼠气管喷入,确定以3mg/只的剂量造模,建立了雾霾颗粒致肺损伤动物模型。考察了氟西汀溶液、L-半胱氨酸溶液、氯喹溶液和姜黄素脂质体肺部给药后的治疗效果,发现它们均可缓解肺损伤,并可显著降低IL-1β和TNF-α水平,是优良的抗雾霾颗粒致肺损伤的肺吸入药物。本文针对重要公共卫生问题和临床需求,用肺吸入给药系统治疗雾霾致肺损伤,具有高效、安全的特点,符合公共卫生需求,为雾霾产生的健康问题提供了合理有效的解决方案。
【学位授予单位】：军事科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943
【图文】：

呼吸系统,肺部,制剂,发展阶段

Figure I. Stages of respiratory system injured by haze.图 I. 雾霾致呼吸系统损伤的发展阶段入制剂可将药物直接递送至肺部，作用于雾霾损伤部位，快速部分布的比例较高，其他组织浓度较低，可减少药物的毒副作系统用于治疗雾霾致肺损伤具有高效安全的特点。

机制,北京,颗粒物,粒径

Figure II. Formation mechanism of haze in Beijing.图 II. 北京雾霾的形成机制2.2 雾霾对呼吸系统的损伤雾霾中的数百种大气颗粒物能直接进入并黏附在人体上下呼吸道和肺叶中。不同的粒径颗粒物对人体造成伤害不同，粒径≥10μm 的颗粒物，会被鼻腔阻隔；

示意图,呼吸系统,示意图,吸入剂

Figure III. Sketch of human respiratory system.图 III. 人呼吸系统示意图剂型药剂型主要有三种：定量吸入剂（metered-dose inhalers，吸入剂（nebulizers），和干粉吸入剂或粉雾剂（dry po

【参考文献】