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ACS Nano | 四川大学华西医院创新药物递送系统，为特发性肺纤维化开发治疗新方法
Highlights
1. 利用tFNA作为药物载体，开发了新型药物Pt，通过气管内喷雾给药，有效提高IPF治疗效果。
2. Pt展现了显著的抗炎和抗氧化作用，抑制了肺纤维化的关键生物过程。
3. 高剂量Pt在提高生存率和改善肺功能方面效果显著，且安全性良好，为IPF临床治疗提供新方向。
近日，“ACS Nano”（IF=15.8）上发表了一篇题为“Tetrahedral Framework Nucleic Acids Delivery of Pirfenidone for Anti-Inflammatory and Antioxidative Effects to Treat Idiopathic Pulmonary Fibrosis”的文章。这篇文章探讨了利用四面体框架核酸作为药物载体，通过气雾化给药方式，提高吡非尼酮治疗特发性肺纤维化的疗效。
研究背景介绍
特发性肺纤维化（IPF）是一种慢性、进行性的肺部疾病，其特征是肺泡间隔的炎症和纤维化，导致肺功能逐渐丧失。
吡非尼酮（PFD）是FDA批准用于治疗轻至中度IPF的抗纤维化药物，其作用机制包括调节炎症反应和氧化应激，这些因素在IPF的发展中起着关键作用。
四面体框架核酸（tFNA）是一种基于DNA的纳米结构药物载体，具有良好的生物相容性和药物递送能力。tFNA由四个单链DNA连接而成，形成稳定的四面体结构，可以有效地将药物递送到细胞内。
研究思路分析
研究技术路线图
01材料制备和表征
①Pt复合物的合成包括两个步骤，首先合成tFNA，然后加载小分子药物PFD形成Pt。透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）观察显示Pt的形态与预期的tFNA的钝三角形一致。紫外（UV）光谱显示tFNA的吸收波长约为260 nm，而Pt和PFD的吸收波长约为310 nm，表明PFD成功地与tFNA结合形成了复合材料。
②此外，体外研究使用小鼠胚胎成纤维细胞（NIH/3T3）和人类肺泡上皮细胞（A549），评估Pt的细胞摄取能力，实验结果表明，tFNA和Pt在细胞内的摄取率较高，且Pt在细胞裂解缓冲液中37°C下至少稳定24小时。证实了Pt作为一种优异的生物制剂，可用于构建纳米药物系统。
02体内药效和安全性
①通过气管喷雾对IPF小鼠的Cy5-tFNA和Cy5-Pt进行了生物分布研究。结果表明，与tFNA相比，Pt在肺部有更高的局部聚集能力，且在肺部的荧光强度高于其他主要器官，显示出较低的肝肾毒性。进一步研究发现，高剂量Pt治疗能显著改善肺纤维化症状，减少肺部胶原蛋白沉积，并抑制了上皮-间充质转化（EMT），效果优于低剂量Pt和单一药物组。此外，Pt的喷雾给药方式减少了药物剂量和给药频率，同时保持了治疗效果，显示出作为IPF潜在治疗药物的前景。
②研究发现，IPF患者的肺部M2型巨噬细胞数量增加，这些细胞通过产生促纤维化介质促进疾病进展。通过气管内喷雾给药，Pt能够调节肺部免疫微环境的失衡，减少M2型巨噬细胞、DCs和MDSCs的数量，从而抑制炎症和纤维化过程。此外，Pt还降低了调节性T细胞的数量，这些细胞与疾病严重程度正相关。
③在评估Pt对肺纤维化小鼠生存率和体重影响的实验中，高剂量Pt治疗显著提高了小鼠的生存率和生活质量。此外，药物安全性评估表明，各治疗组对心脏、肝脏、脾脏和肾脏等主要器官无显著损害，血液生化指标也与假手术组小鼠相似，表明药物的安全性。
03机制研究
①研究发现，通过体外模型模拟肺纤维化，发现药物Pt能够抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞激活和EMT，减少纤维化标志物的表达。此外，Pt通过调节TGF-β1/Smad信号通路，增强了对成纤维细胞激活和EMT的抑制作用，显示出治疗IPF的潜力。
②研究发现，高剂量Pt比其他治疗组更有效地减少ROS。在体外，Pt通过降低NLRP3和NOX4的蛋白表达，增加HO-1的蛋白表达，显示出Pt的抗炎和抗氧化效果。在体内，Pt能够显著降低肺组织中的MDA和H2O2水平，并提高SOD活性，表明Pt-high组具有强大的免疫调节和抗氧化损伤能力，能够将肺部炎症和氧化应激生物标志物恢复到接近正常水平。
图1. tFNA和Pt的制造、性质和细胞摄取
图2. Pt对PF的体内生物分布和治疗效果
图3. Pt减弱BLM诱导的免疫细胞募集
图4. Pt体内的疗效测试和安全性评价
图5. Pt通过调节smad2/3信号通路保护NIH/3T3和A549细胞免受TGF-β1的损伤
图6. Pt对炎症反应和氧化应激异常的抑制作用
图7. Pt下调上皮细胞中成纤维细胞和EMT的活化，并通过调节TGF-β1/Smad通路降低炎症水平和增加抗氧化能力，发挥IPF的保护作用
结论与讨论
本研究开发的tFNA药物载体Pt在治疗IPF方面展现出显著疗效。Pt通过气管内喷雾给药，有效降低了肺部的氧化应激和炎症反应，减少了成纤维细胞的激活和EMT，从而抑制了肺纤维化的发展。实验结果表明，Pt高剂量组在改善肺功能、提高生存率和减少肺组织损伤方面效果最佳，且安全性良好，为IPF的临床治疗提供了新策略。
在未来，研究仍需进一步探索Pt在不同IPF模型中的疗效和作用机制。此外，需要开展更大规模的临床试验来验证Pt的安全性和有效性，并优化给药方案。研究Pt对其他纤维化疾病的潜在治疗作用也是一个有价值的方向。