上海第九人民医院张绘莉和华侨大学陈爱政《JCR》：微流控技术构建高分子多孔微球递送硫化氢靶向治疗肺动脉高压

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肺动脉高压（PAH）是一种表现为肺部血管重构和肺动脉压力持续升高的慢性进行性疾病，如不及时治疗会导致右心衰竭甚至死亡。尽管近年来PAH的治疗已取得了一定进展，但仍存在预后较差等问题。大量研究发现硫化氢（H₂S）不仅参与调节心血管系统的生理功能，并且具有一定的抗肺动脉高压作用。如何实现H₂S在体内持续缓慢释放，是利用H₂S释放药物治疗PAH的关键。

上海交通大学医学院附属第九人民医院心内科主任医师张绘莉团队和华侨大学生物材料与组织工程研究所陈爱政教授团队利用微流控技术成功构建负载H₂S释放型阿司匹林（ACS14）的聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）多孔微球，通过细胞实验和动物模型探索了通过肺部给药方式递送H₂S治疗PAH的效果及其可能的分子机制（图1）。首先，利用微流控技术制备肺部给药多孔微球，设计了全因子实验对其工艺参数进行考察，并对优化得到的ACS14多孔微球（ACS14 MSs）进行空气动力学等理化性质和表征的检测。然后，对ACS14 MSs的体外药物释放和体内外H₂S释放进行研究，结果发现经多孔微球负载后药物及H₂S均能实现持续缓慢释放。在进一步验证了ACS14 MSs的肺内沉积效果和生物安全性之后，在野百合碱诱导的PAH大鼠模型中观察了肺部给药递送ACS14 MSs治疗PAH的疗效，结果表明吸入ACS14 MSs后PAH大鼠的肺动脉压力和右心室肥厚程度显著下降，肺小动脉重构情况明显减轻。最后，通过细胞实验对其潜在的分子机制进行了研究。

图1. 研究示意图。ACS14 MSs通过肺部给药的方式沉积在肺部，缓慢持续释放H₂S抑制肺动脉内皮间质转化（EndMT）过程从而延缓PAH的进展。

首先，对制备工艺条件进行全因子实验分析，从而优化制备过程，并对制备出的多孔微球进行理化性质表征分析。结果表明，微流控技术构建出的多孔微球形貌规则，表面孔洞均一，粒径分布集中在16 μm至32 μm，红外光谱（FTIR）表征载药微球出现ACS14特征吸收峰，差式扫描量热（DSC）表征显示ACS14热熔峰消失，X射线衍（XRD）射结果表明ACS14失去原有晶型以无定型存在于载药微球，这些结果表明ACS14成功负载于多孔微球（图2）。

图2. PLGA多孔微球的制备与表征。（A, B, C）多孔微球制备条件显著性分析、（D）扫描电镜照片、（E）粒径分布、（F, G, H）FTIR，DSC和XRD表征载药前后多孔微球理化性质改变。

其次，对ACS14 MSs肺内沉积情况和体内H₂S释放效果进行研究。结果表明，微球能实现48小时的肺部驻留以及被动肺部靶向，在体内能够缓慢持续释放H₂S从而避免H₂S快速释放带来的毒副作用。动物实验结果表明持续给药14天后，ACS14 MSs组大鼠平均肺动脉压、肺动脉收缩压、右心室肥厚指数、肺动脉血管壁厚度显著下降，三尖瓣收缩期位移显著增加（图3）。

图3. 动物实验结果。经肺部给药后（A）48 小时H₂S在血清和肺组织中浓度变化、（B）24和48小时载药微球肺部沉积效果、（C, D）给药14天后PAH相关指标变化、超声心动图和肺小动脉HE染色照片。

最后，对ACS14 MSs治疗PAH的分子机制进行了研究。结果表明，在人肺动脉内皮细胞（HPAECs）中，ACS14 MSs通过抑制的NF-κB-Snail信号通路，部分逆转了TGF-β1诱导EndMT，从而延缓了PAH的发生发展（图4）。

图4. ACS14 MSs通过抑制NF-κB-Snail信号通路影响HPAECs的EndMT。（A）ACS14 MSs预处理和TGF-β1刺激后EndMT相关蛋白和NF-κB-Snail信号通路蛋白的免疫印迹结果、（B）定量分析蛋白的相对表达水平。ACS14MSs预处理后细胞内皮钙黏蛋白（VE-cadherin）含量上升，平滑肌肌动蛋白（α-SMA）含量下降，表明EndMT进程得到部分逆转。

综上所述，微流控技术构建出的肺部给药ACS14 MSs通过抑制NF-κB-Snail信号通路，部分逆转EndMT过程和延缓了PAH的发生发展。随着PAH治疗药物的不断研发，通过肺部给药的方式递送载药多孔微球成为治疗PAH的一种新型方案。

以上相关成果以“Microfluidic Fabrication of Inhalable Large Porous Microspheres Loaded with H₂S-releasing Aspirin Derivative for Pulmonary Arterial Hypertension Therapy”为题，近期在线发表于《Journal of Controlled Release》。上海交通大学2020届硕士毕业生张卉和华侨大学2019届硕士毕业生郝浏智为论文共同第一作者，通讯作者为上海交通大学张绘莉教授和华侨大学陈爱政教授。该研究工作得到国家自然科学基金（81570037、81971734）、上海市科学技术委员会医学引导类(西医)科技支撑项目（19411963300）及福建省生物材料科技创新团队项目的资助。

论文链接: 

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.11.060

作者简介：

张绘莉：博士、主任医师、硕士研究生导师、科室行政副主任

现任上海医学会心血管分会肺循环学组委员、中国医师协会中西医结合分会心脏康复专业委员、中国药理学会抗炎免疫药理专委会青年委员、上海康复学会重症康复专委会委员。先后至美国Montefiore医学中心和北京阜外心血管病医院进修。以项目负责人的身份获得多项省部级以上课题，其中包括国家自然科学基金项目、上海市科委浦江人才计划项目和上海市自然科学基金等项目，发表各类中英文文章30余篇。主要擅长冠心病、高血压、心衰、心律失常和肺动脉高压等疾病的临床诊疗。

陈爱政：博士、教授、博士生导师。

入选国家百千万人才工程、被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号；获福建省优秀教师、厦门市优秀教师、华侨大学学术英才等荣誉。目前担任中国生物材料学会理事、中国生物材料学会复合材料分会秘书长、中国生物材料学会青年委员会委员、华侨大学生物材料与组织工程研究所所长、化工学院副院长、福建省生物材料科技创新团队带头人、福建省生物材料化工博士生导师团队带头人。主持国家自然科学基金海峡联合重点项目、面上项目、国家重点研发计划政府间/港澳台合作重点专项等国家级课题8项。主要从事超临界流体技术及生物材料与组织工程领域的研究，已在AM、AFM、Adv Sci、Small、JCR、CEJ、AHM、Biofabrication等期刊发表SCI收录论文100余篇，获授权国家发明专利10余项。

课题组网页：

https://www.x-mol.com/groups/hqubiomat 

相关进展

华侨大学陈爱政教授和哈佛医学院Y. Shrike Zhang教授 AS：体外构建三维血管化肝癌组织模型用于药物筛选的研究

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