發布時間：2023/12/13 點擊數：647 用于評估吸入藥物溶解性和滲透性的人肺氣道器(qi)官芯片模(mo)型
本文亮點
來自FDA 的(de)研(yan)究團隊(dui)使(shi)用(yong)(yong) CN-Bio 的(de)肺器(qi)官芯片(pian)（OOC）微生理(li)系(xi)統（MPS），評(ping)估了吸(xi)(xi)入類藥物(wu)的(de)藥代動力學。總體(ti)而言(yan)，MPS模型展示了成為評(ping)估目前使(shi)用(yong)(yong)或正在開(kai)發中(zhong)的(de)一些吸(xi)(xi)入藥物(wu)的(de)臨床特性的(de)有用(yong)(yong)工(gong)具的(de)潛(qian)力，同(tong)時，該研(yan)究的(de)數據/結果(guo)可用(yong)(yong)于制定(ding)(ding)MPS的(de)性能標準和質量控制標準草(cao)案指(zhi)南(nan)的(de)制定(ding)(ding)。
本文概況
目前(qian)的(de)體外細胞(bao)模(mo)型在(zai)(zai)復制人體肺部(bu)的(de)結構(gou)和功能方面存在(zai)(zai)局(ju)限性，因此無法可靠地預測吸入藥物的(de)肺部(bu)溶(rong)解和滲透性等臨床參數。為了(le)改(gai)善旨在(zai)(zai)肺部(bu)局(ju)部(bu)發揮(hui)作用的(de)藥物的(de)開發和評估，需要更準(zhun)確(que)的(de)模(mo)型。器官芯片系(xi)統（OOC），又(you)稱(cheng)微物理系(xi)統（MPS），在(zai)(zai)實(shi)驗(yan)室環境中(zhong)模(mo)擬人體組織和器官的(de)結構(gou)和功能，作為傳(chuan)統模(mo)型的(de)替代方案(an)，正在(zai)(zai)引(yin)起關注。
本研究團隊(dui)評(ping)(ping)估了使(shi)(shi)用(yong)英國(guo)器官芯片供(gong)應商 CN-Bio的(de)多孔(kong)PhysioMimix MPS-T12板(ban)創建的(de)肺氣道模(mo)型(xing)(xing)，以確定(ding)其是否能可(ke)靠預測(ce)兩種在(zai)局(ju)部(bu)發(fa)(fa)揮(hui)作用(yong)的(de)吸入藥物（Fluticasone furoate（FF），糠酸氟(fu)替卡松(song)，低水溶性和(he) Albuterol sulfate（AS），硫酸沙(sha)丁胺(an)醇，高水溶性）的(de)肺部(bu)溶解和(he)滲(shen)(shen)透性。該模(mo)型(xing)(xing)通(tong)過共培養主要的(de)人類肺上皮細(xi)(xi)胞和(he)內(nei)(nei)皮細(xi)(xi)胞生成(cheng)。使(shi)(shi)用(yong)液相(xiang)色譜(pu)(pu)(pu)-質譜(pu)(pu)(pu)/質譜(pu)(pu)(pu)技術測(ce)量了藥物的(de)胞內(nei)(nei)和(he)胞外濃(nong)(nong)度。由于(yu)FF的(de)親脂特性（logP：4.13），本研究觀察到(dao)上皮細(xi)(xi)胞和(he)內(nei)(nei)皮細(xi)(xi)胞的(de)xian著胞內(nei)(nei)濃(nong)(nong)度。AS的(de)結果表(biao)(biao)明，其表(biao)(biao)觀滲(shen)(shen)透性約(yue)為(wei)8×10-6cm/s，但胞內(nei)(nei)濃(nong)(nong)度非常低（<1％細(xi)(xi)胞攝(she)取(qu)）。總體而(er)言，MPS模(mo)型(xing)(xing)展示了成(cheng)為(wei)評(ping)(ping)估目前使(shi)(shi)用(yong)或正在(zai)開發(fa)(fa)中的(de)一些吸入藥物的(de)臨床特性的(de)有用(yong)工具的(de)潛(qian)力。
介紹
· 通常對吸入藥物進行(xing)評估時(shi)，主要分析(xi)全(quan)身血漿濃度，然而這并不能(neng)提供(gong)藥物如(ru)何滲透到肺組織的(de)信息。
· 傳(chuan)統(tong)的細胞(bao)模(mo)型(xing)缺(que)乏人(ren)體相關的生理特(te)性。
· 研(yan)究(jiu)目(mu)標：評估肺MPS在估計臨(lin)床參數和加速局部作(zuo)用通用吸入藥物開發方面(mian)的(de)可靠(kao)性。
· 研究假設：通過使用肺MPS測量的(de)上皮可(ke)溶性和(he)藥物(wu)在吸入時滲透肺細胞的(de)能力，可(ke)以(yi)預測臨床數據。
肺MPS
· 設計用于(yu)形成細(xi)胞屏障
· 形成緊密的(de)上(shang)皮(pi)具(ju)有細胞(bao)介導的(de)轉(zhuan)運和功(gong)能極性
· 產(chan)生粘蛋白和纖毛
關鍵藥物參數
· 上皮(pi)溶(rong)解性(xing)
· 肺細胞(bao)通透性(xing)
材料及方法
使用多孔的(de)MPS-T12耗材板（CN Bio，英國），結合Transwell插(cha)入物，創(chuang)建(jian)了(le)一個MPS模型（圖1）。在每個孔中以(yi)氣液界面（ALI）培養(yang)的(de)主要人(ren)類肺細(xi)胞以(yi)及(ji)流動(dong)的(de)液體(ti)，使得能夠復制(zhi)人(ren)體(ti)特異的(de)肺結構和功能。
圖1 基于Transwell的(de)MPS-T12平(ping)臺
通過共培養初級人類肺支氣管上皮細胞和微血管內皮細胞生成人類肺氣道模型（圖2）。通過評估細胞覆蓋度、細胞類型組成、纖毛跳動、緊密連接、經上皮電阻（TEER）、黏液產生以及使用FITC-葡聚糖評估的屏障功能，對該模型進行了表征。
圖(tu)2 ;使(shi)用(yong)原代(dai)人類肺上(shang)皮細(xi)胞和內皮細(xi)胞對人類肺氣道(dao)進行建模（示意(yi)圖(tu)來源：CN Bio，英(ying)國）
結果與討論
MPS模(mo)(mo)型展示了與人體相關(guan)的(de)肺組織(zhi)結構和功能(neng)，例如3D結構和多細胞組成、纖毛和黏(nian)液層形(xing)成（圖(tu)3和圖(tu)4）。TEER和跨越上皮屏(ping)障的(de)低量葡(pu)聚(ju)糖(tang)是正(zheng)確的(de)肺組織(zhi)形(xing)成的(de)指標(biao)。灌流的(de)共(gong)培養模(mo)(mo)型在細胞種(zhong)群、纖毛、屏(ping)障滲透性(xing)和黏(nian)液分(fen)泌(mi)方面與靜(jing)態共(gong)培養模(mo)(mo)型相比(bi)展示了一些差異。
圖3 肺(fei)上皮(pi)細胞的形成，包括纖毛細胞（綠色(se)）、產生黏液的粘液細胞（品紅色(se)）和基(ji)底細胞（黃色(se)）
圖4 肺組織的(de)表(biao)征，包括（A）細胞種群(qun)、（B）黏液產生、（C）FITC-葡聚(ju)糖（3 kDa）的(de)表(biao)觀滲透(tou)性（Papp）和（D）經上皮電阻（TEER）
研究(jiu)發(fa)現(xian)，AS的(de)傳輸(shu)速率和表(biao)觀滲(shen)透性(xing)(xing)高(gao)于其他體外研究(jiu)，但低于體內研究(jiu)生成(cheng)的(de)數(shu)據（圖5A-5C）。與靜態共培(pei)養模(mo)型相比，在灌流的(de)共培(pei)養條件下，表(biao)觀滲(shen)透性(xing)(xing)更高(gao)。NSB（非特異性(xing)(xing)結(jie)合）到MPS設備材料影響了FF的(de)滲(shen)透性(xing)(xing)，導(dao)致(zhi)在上皮屏(ping)障上幾乎為零的(de)滲(shen)透性(xing)(xing)（圖5D）。
圖5 （A）AS在(zai)頂側隔室(shi)(shi)的(de)(de)轉(zhuan)運特(te)(te)性。（B）AS在(zai)基(ji)底(di)側隔室(shi)(shi)的(de)(de)轉(zhuan)運特(te)(te)性。（C）AS的(de)(de)表觀滲透性（Papp）。（D）在(zai)灌(guan)流的(de)(de)共培養下FF的(de)(de)轉(zhuan)運特(te)(te)性。
結論
這(zhe)項研究(jiu)代(dai)表了對(dui)MPS模(mo)(mo)型進行評估，作為人(ren)體肺氣道(dao)傳統細胞模(mo)(mo)型的(de)替代(dai)技術，用于(yu)局部作用吸入藥(yao)物(wu)的(de)藥(yao)代(dai)動(dong)力學評估。該模(mo)(mo)型顯示(shi)出作為篩選具有與(yu)AS相似(si)理化特性(xing)(xing)的(de)藥(yao)物(wu)的(de)工具（高水(shui)溶性(xing)(xing)，logP：0.4）的(de)巨大潛力。然而，FF的(de)滲透性(xing)(xing)研究(jiu)表明MPS模(mo)(mo)型在(zai)預測具有與(yu)FF相似(si)理化特性(xing)(xing)的(de)吸入藥(yao)物(wu)的(de)肺部溶解和滲透性(xing)(xing)方面(mian)可能存(cun)在(zai)局限性(xing)(xing)（低水(shui)溶性(xing)(xing)，logP：4.13）。
該(gai)研究數(shu)據的(de)人(ren)體(ti)相關性已高于目前已有的(de)其(qi)他體(ti)外研究，為(wei)了(le)進一步(bu)提高該(gai)MPS的(de)人(ren)體(ti)相關性，該(gai)MPS模(mo)型(xing)的(de)效用(yong)將通(tong)過評(ping)估(gu)對其(qi)他吸(xi)入(ru)藥物的(de)滲(shen)透性和(he)細胞攝取進一步(bu)評(ping)估(gu)，例(li)如(ru)奧洛達特羅(luo)氫氯酸(suan)鹽(yan)（Olodaterol hydrochloride，高水溶(rong)性）和(he)福莫特羅(luo)富(fu)馬(ma)酸(suan)鹽(yan)（Formoterol fumarate，低水溶(rong)性）。該(gai)研究的(de)數(shu)據/結果可用(yong)于制(zhi)定(ding)MPS性能標準(zhun)和(he)質量控制(zhi)標準(zhun)的(de)草案(an)指南(nan)的(de)制(zhi)定(ding)。
聲明
上海曼(man)博(bo)生(sheng)物醫藥科技(ji)有限公(gong)司是英國(guo)CN-Bio官方授(shou)權的中國(guo)代(dai)理商，對器(qi)官芯片感興趣(qu)的用戶歡(huan)迎咨詢(xun)曼(man)博(bo)生(sheng)物，本文由曼(man)博(bo)生(sheng)物整(zheng)理編輯，原(yuan)文A Microphysiological Model of Human Lung Airway for Evaluating Dissolution and Permeability of Inhaled Drugs可在 FDA 官網下載。
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