《Drug Delivery and Translational Research》：Engineered levothyroxine dry powder for inhalation to treat idiopathic pulmonary fibrosis
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为应对特发性肺纤维化（IPF）临床治疗手段有限、现有药物副作用大且无法逆转纤维化的挑战，本研究基于药物重定位（repurposing）策略，开发了一种创新的左甲状腺素（LT4）干粉吸入给药系统。研究通过喷雾干燥技术，成功制备了由聚乙烯醇（PVA）纳米悬浮液形成的“纳米嵌入型可吸入微粉”。该制剂不仅能有效沉积于深部肺部，更能促进肺泡上皮细胞对LT4的内吞，激活线粒体功能、降低细胞氧化应激，为IPF治疗提供了有前景的新途径。
在呼吸系统疾病领域，特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF）一直是一个令人棘手的难题。这是一种慢性、进行性且致命的肺部疾病，患者的健康肺部组织会被异常的疤痕（纤维化）组织逐渐替代，导致肺功能不可逆地丧失。目前，临床上仅有尼达尼布和吡非尼酮两种获批药物，但它们的主要作用是减缓疾病进展，无法逆转已形成的纤维化，并且常伴有显著的副作用。因此，寻找能够从根本上干预甚至逆转肺纤维化进程的新疗法，成为医学界迫切的诉求。
转机或许藏在一个出人意料的方向——甲状腺激素。近年来的研究揭示，线粒体功能障碍在IPF的发病机制中扮演着关键角色。而甲状腺激素，作为人体内一类重要的信号分子，恰恰被证实能够有效调控线粒体的功能，包括促进其生物合成和活性。那么，能否将已广泛应用于治疗甲状腺功能减退症的甲状腺激素药物“重新定位”，用来对抗肺纤维化呢？这一想法虽然充满前景，但面临巨大挑战：如何将这种水溶性差、难以透膜的药物精准、高效地递送到肺部深处的靶细胞——肺泡上皮细胞内？
这正是发表在《Drug Delivery and Translational Research》期刊上的这项研究所要回答的核心问题。研究人员选择左甲状腺素（Levothyroxine, LT4，即人工合成的甲状腺素）作为活性成分，目标是将其“武装”成一个能够直达肺部、并被细胞高效摄取的“智能导弹”。他们构想并成功构建了一种新型的干粉吸入给药系统。其核心策略是：首先，利用左甲状腺素与亲水性聚合物聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol, PVA）在水中的特殊相互作用，自组装形成稳定的纳米级悬浮液。然后，通过喷雾干燥技术，将这些纳米颗粒“嵌入”到更大的、可吸入的微米级颗粒中。最终得到的是一种独特的“纳米嵌入型微粉”（nano-embedded respirable microparticles）。这种设计巧妙结合了两种颗粒的优势：微米级尺寸确保了粉末良好的空气动力学性能，使其能够通过吸入装置有效沉积于肺部深部；而一旦抵达湿润的肺部环境，微粉迅速溶解，重新释放出包裹其中的左甲状腺素纳米颗粒，这些小尺寸的纳米颗粒则更容易被肺泡上皮细胞吞噬，从而将药物送入细胞内，作用于调控线粒体功能的靶点。
为了验证这一设计，研究人员运用了几个关键的技术方法：他们首先通过高效液相色谱（HPLC）精确测定药物含量与溶解度；利用动态光散射（DLS）、纳米颗粒追踪分析（NTA）和激光衍射等技术全方位表征纳米悬浮液及干粉的粒径分布；通过扫描电子显微镜（SEM）结合聚焦离子束（FIB）切割和能量色散X射线（EDX）分析，直观揭示了微粉的空心壳结构及其表面嵌入的左甲状腺素纳米晶体。采用下一代撞击器（Next Generation Impactor, NGI）评估了干粉的空气动力学性能，确保其能有效抵达肺部。在细胞水平，他们使用人肺泡基底上皮腺癌细胞（A549细胞系）模型，通过MTT法和流式细胞术（结合DAPI染色）系统评估了制剂的细胞毒性和长期增殖影响；并通过细胞内药物定量、活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）探针（DHR）检测以及线粒体膜电位（Mitochondrial Membrane Potential, MMP）探针（JC-1）测定，深入探究了制剂的细胞摄取效率及其对细胞代谢和线粒体功能的调控作用。
研究结果从多个层面证实了该干粉吸入系统的可行性与潜力：
左甲状腺素在聚乙烯醇水溶液中的表观溶解度：研究发现，左甲状腺素在水中的本征溶解度极低，但在PVA水溶液中，其表观溶解度显著提高了70-90倍，并自发形成胶体体系，这为后续构建纳米药物递送系统奠定了基础。
聚乙烯醇-左甲状腺素胶体系统与粉末表征：通过高压均质处理，获得了粒径约400纳米、分布均一的纳米悬浮液。喷雾干燥后，得到了两种不同PVA分子量（13-23 kDa和31-50 kDa）的干粉（分别标记为S5和S10）。扫描电镜图像显示，微粉呈球形或塌陷的壳状结构，内部中空。关键的发现在于，能量色散X射线分析证实，微粉表面及内部存在的亚微米针状结构富含碘元素，即主要为左甲状腺素纳米晶体，它们被包裹在PVA形成的壳中。图像分析测得这些纳米结构的平均粒径约135-138纳米。粉末在遇水后可重新分散，形成纳米悬浮液。
体外呼吸性评估：空气动力学性能测试表明，两种干粉的质粒中位空气动力学直径（Mass Median Aerodynamic Diameter, MMAD）均小于5微米（S5为3.50 ± 0.15微米，S10为4.47 ± 0.18微米），细颗粒分数（Fine Particle Fraction, 空气动力学直径<5微米）超过70%，超细颗粒分数（空气动力学直径<2微米）接近60%。这意味着每粒胶囊中约有220微克左甲状腺素有望沉积在肺泡区域。制剂在室温储存两年后性能保持稳定。
制剂对细胞活力和增殖的影响：细胞毒性实验（MTT法）显示，原料药左甲状腺素和PVA在测试浓度范围内均无明显细胞毒性。两种纳米制剂（S5和S10）在高达10.1 mg/mL的浓度下，细胞活力仍高于70%的安全阈值。长期暴露实验（5、24、48小时）发现，处理48小时后细胞代谢活性（MTT信号）显著下降，但通过流式细胞术（DAPI染色）直接检测细胞死亡，却发现直至72小时细胞活力仍接近100%。这种差异提示，制剂可能并非直接杀死细胞，而是调节了其代谢状态，这与其预期的作用机制——调节线粒体功能——是吻合的。
细胞摄取：这是研究的核心发现之一。与游离的左甲状腺素溶液（最高浓度仅15 μg/mL，细胞内回收率约2.2%）相比，纳米制剂能显著提高细胞内药物浓度。当使用10 mg/mL的制剂（含LT4约338 μg/mL）处理24小时，细胞内药物回收率比游离溶液高出约100倍。研究还发现，细胞摄取在4小时内快速增加后达到平台期，且S5制剂在24小时前的摄取效率普遍高于S10，这可能与PVA分子量差异影响纳米颗粒的“释放”有关。
活性氧生成调控：使用二氢罗丹明123（Dihydrorhodamine 123, DHR）探针检测细胞内活性氧水平。结果显示，与未处理细胞相比，经两种制剂处理后的细胞，其DHR荧光信号（指示ROS水平）在大多数时间点和浓度下均出现系统性降低（降幅10%-45%），表明制剂能够降低细胞的氧化应激状态，而氧化应激正是推动纤维化发展的重要因素之一。
线粒体功能：线粒体膜电位评估：使用JC-1探针评估线粒体膜电位，其红/绿荧光强度比反映了线粒体的极化程度（功能状态）。研究发现，用两种制剂处理细胞后，线粒体膜电位的变化呈现时间依赖性。例如，S5在0.5和1 mg/mL浓度下处理48小时后，膜电位显著高于未处理组；但处理72小时后，膜电位则下降至与阳性对照（线粒体解偶联剂CCCP）相近的水平。S10也呈现类似趋势，但峰值出现在24小时。这表明制剂能够动态调节线粒体功能，在早期可能激活或稳定了线粒体，而长期暴露则可能因线粒体自噬（mitophagy）增强等原因导致膜电位下降。
结论与讨论部分对全篇工作进行了总结与展望。本研究成功地将药物重定位的科学假说转化为一个切实可行的肺部靶向给药系统。通过巧妙的剂型设计，研究人员开发出了一种具有双重靶向能力的左甲状腺素干粉吸入剂：第一重靶向是肺部沉积，通过优化微粉的空气动力学特性实现；第二重靶向是细胞内递送，通过构建可在肺部环境中重新分散为纳米颗粒的系统来完成。实验数据充分证明，该制剂不仅能高效地将远超其溶解度的左甲状腺素递送入肺泡上皮细胞，还能在细胞水平上调节关键的病理生理过程，包括降低氧化应激和动态影响线粒体膜电位。尽管研究中使用的A549细胞系来源于肿瘤，可能对结果产生一定影响，且线粒体膜电位在长期暴露后的下降机制有待进一步阐明，但这些初步结果已极具启示性。这项工作为利用左甲状腺素治疗特发性肺纤维化提供了一条全新的、极具潜力的技术路径，为开发能够真正干预疾病进程而不仅仅是缓解症状的IPF新药奠定了重要的临床前基础。
