文獻解讀 | PMBS-HLA DPI高效治療肺部感染

瀏覽次數：224 日期：2023-12-18 11:21:53

肺部感染常由細菌引起，對全球醫療系統構成重大挑戰。特別是在慢性肺部疾病患者中，如慢性阻塞性肺疾病、囊性纖維化和支氣管擴張等，肺部感染的發病率增加，且常常持續復發，導致約300萬人死亡，成為全球第四大死因。

抗菌治療是肺部感染的常規做法，而聚粘菌B硫酸鹽（PMBS）是針對革蘭陰性細菌的有效藥物。然而，其口服和靜脈注射劑型常常存在肺部濃度不足和腎毒性高的問題，因此需要新的治療策略。DPI作為治療肺部感染的新途徑，能直接將藥物送達到肺部，降低藥物劑量和全身不良反應。然而，由于肺部呈樹狀結構和細菌生物膜的影響，DPI在肺部沉積和藥物達到的困難是制約其應用的關鍵難題。

為解決DPI存在的問題，暨南大學張雪娟課題組在Science bulletin發文《Polymyxin B sulfate inhalable microparticles with high-lectin-affinity sugar carriers for efficient treatment of biofilm-associated pulmonary infections》展現解決這一問題的新策略，作者主要關注于解決肺部感染治療中的難題，特別是針對DPI藥物傳遞系統的優化和針對細菌生物膜的有效策略，探討利用高親和力糖類作為DPI載體，以改善氣溶膠化性能和消除細菌生物膜的方法。研究中使用了raffinose作為DPI的載體，通過顆粒表面改性策略探究不同表面結構對藥物沉積的影響，并通過經典的crystal violet法評估了PMBS-HLA DPIs在抑制和消除細菌生物膜方面的功效。

圖1

為了量化LecA與糖類載體之間的結合親和力，作者使用了表面等離子共振（SPR）實驗。結果顯示raffinose對LecA表現出最高的親和力，其響應單位（RU）值比其他糖類攜帶體高出3到38倍。此外，raffinose與LecA的離解常數（KD）值為37.04 μmol/L，表明它們之間有著非常高的親和力。

圖2. 通過SPR測定進行結合親和力

（圖片源自：http://rheum.dxy.cn/article/108504）

隨后作者進行了 PMBS-HLA DPI 的制備，對補充材料中的工藝參數進行修改，設置PMBS比例范圍，得出不同濃度下PMBS-raffinose比例。使用 Turbospin®測量 PMBS-HLA DPI 的空氣動力學粒度分布。采用急性和慢性肺部感染模型來進一步評估最佳 PMBS-HLA DPI 的體內生物膜形成抑制和生物膜相關肺部感染治療功效。暨南大學動物倫理與福利委員會批準了該動物實驗（批準號：IACUC-20220810-25）。

急性肺部感染模型（Acute pulmonary infection model）：

通過對細菌培養液的處理，制備了濃度為5 × 10^8 CFU/mL的細菌懸液。使用1%的戊巴比妥鈉對動物麻醉，并通過氣管插管向動物內服100 μL細菌懸液進行感染。

18小時后，對感染的大鼠進行不同治療組的藥物治療，包括干粉吸入劑組、靜脈注射組以及空白組等。治療后進行了血液和肺部樣本的收集，從左肺收集支氣管肺泡灌洗液（BALF）樣本，使用PCT ELISA試劑盒測量 TNF-α 和 IL-6（武漢華美生物提供以上材料），分析了血液計數和肺部炎癥因子水平。將右肺的一葉浸入4%多聚甲醛中并用蘇木精和伊紅（H&E）染色以進行組織學分析。將右肺的另外兩個肺葉進行細菌計數。

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圖3

慢性肺部感染模型（Chronic pulmonary infection model）：

使用1%的戊巴比妥鈉對動物麻醉，并通過氣管插管向動物內服40 μL的PA細菌懸液，建立了慢性肺部感染模型。

感染后，動物被分為不同治療組進行治療干預，類似于急性感染模型的治療方案。治療期間對血液、肺泡灌洗液和組織樣本進行了收集和分析。

結果證明：高親和力的raffinose與LecA之間的結合可能是其有利于抑制生物膜形成的原因。通過與PMBS聯合使用，raffinose在兩個方面發揮作用：一方面通過競爭性結合凝集素，增強了PMBS對深層細菌的可及性，破壞了生物膜結構并促進了細菌的清除。另一方面，raffinose阻礙了來自成熟生物膜中散布的細菌的粘附和入侵，確保了抑制細菌的再附著和生物膜再形成。此外，研究還觀察到，raffinose加速了炎癥的消退，并在與僅使用PMBS治療的組相比，更顯著地促進了肺部損傷和全身炎癥的恢復。