《International Journal of Pharmaceutics》：Nano-in-micro dry powder formulations combining azithromycin and menadione as adjuvant against pulmonary P. aeruginosa infections
编辑推荐：
Kristela Shehu|Janina Osti|Marius Hittinger|Annette Kraegeloh|Marc Schneider德国萨尔布吕肯萨尔兰大学药学、生物药剂学与制药技术系摘要由铜绿假单胞菌引起的慢性肺部感染是囊性纤维化患者发病和死亡的主要原因。生
Kristela Shehu|Janina Osti|Marius Hittinger|Annette Kraegeloh|Marc Schneider
德国萨尔布吕肯萨尔兰大学药学、生物药剂学与制药技术系
摘要
由铜绿假单胞菌引起的慢性肺部感染是囊性纤维化患者发病和死亡的主要原因。生物膜的形成以及抗生素耐药性的出现限制了现有吸入疗法的效果，这突显了需要创新配方策略来增强局部抗菌效果，同时保持上皮完整性。本研究探讨了一种纳米嵌入微粒的吸入制剂设计，该设计将阿奇霉素（AZM）与抗生素辅助剂甲萘醌（MEN）结合，在生物相关的肺部暴露条件下提高抗菌膜活性。通过喷雾干燥方法制备了纳米嵌入微粒（NEMs），并将AZM与载有MEN的聚合物纳米颗粒结合在微粒基质中。这些制剂在形态、空气动力学性能、固态特性和再分散性方面进行了表征。使用生物相关的气溶胶暴露模型（包括雾化法和干粉雾化法）评估了对铜绿假单胞菌生物膜的抗菌效果以及Calu-3细胞的上皮安全性。结果表明，NEMs具有适合支气管输送的理想空气动力学特性。将MEN加入NEM系统后，AZM的抗菌膜效果得到了增强，表明这种辅助剂效果在转化为吸入制剂后仍然有效。细胞毒性研究表明，无论是雾化还是干粉输送的制剂均不会损害Calu-3细胞的膜完整性。这些结果表明，在NEM设计中结合阿奇霉素和甲萘醌既能保持药物的活性和辅助剂的效力，又能实现有效的气溶胶输送。
引言
囊性纤维化（CF）是一种常染色体隐性遗传病，由编码CF跨膜传导调节蛋白的基因突变引起（Durda-Masny等人，2021年）。CF的一个标志性病理特征是黏液层堆积且黏度很高，这为细菌感染创造了有利环境，尤其是由铜绿假单胞菌引起的感染，这是导致该疾病发病和死亡的主要原因之一（B. K. Chan等人，2025年）。铜绿假单胞菌是CF患者肺部常见的机会性革兰氏阴性病原体。其强大的适应能力和形成生物膜的能力直接导致了持续性慢性感染（Kunnath等人，2024年）。世界卫生组织已将铜绿假单胞菌列为高优先级病原体，这突显了开发有效治疗策略的迫切需求（WHO，2024年）。
吸入疗法的使用改变了疾病的自然进程，显著改善了CF患者的生活质量（Taccetti等人，2024年）。目前市场上仅有少数几种抗生素可以通过吸入方式给药，例如妥布霉素、阿奇霉素和多粘菌素钠（通过雾化或干粉吸入器（DPI））（CF基金会，2025年）。尽管这些抗生素改善了疾病的预后，但由于感染的慢性复发性以及长期的治疗模式（开启/关闭或持续开启），它们可能导致细菌对抗生素产生耐药性，从而使治疗变得更加困难（De Boeck和Amaral，2016年；Taccetti等人，2024年；Vitiello等人，2024年）。CF基金会患者登记数据显示，在年龄较大的青少年和成人CF患者中，多重耐药铜绿假单胞菌感染的发病率最高，这反映了长期和反复使用抗生素的累积影响（Belkova等人，2025年）。因此，迫切需要开发新的治疗策略来打破与CF相关的肺部感染循环。利用通过协同机制增强抗生素效力的辅助剂是一种应对抗生素耐药性的有前景的方法（Aminin和Polonik，2020年；Mone等人，2021年；Shehu等人，2025年）。我们之前的研究表明，将合成1,4-萘醌衍生物甲萘醌（MEN）与阿奇霉素结合使用，可以增强后者对铜绿假单胞菌浮游细胞和生物膜的活性，并在抗菌浓度下对肺上皮细胞表现出良好的体外安全性（Shehu等人，2025年）。据报道，阿奇霉素（AZM）可以通过抗生物膜作用、抗炎作用和抗毒力作用抑制铜绿假单胞菌的生长（Imperi等人，2014年；Ong和Ramsey，2023年）。此外，长期使用阿奇霉素被推荐作为CF患儿的常规治疗方案的一部分（Al-shehri和Albassam，2025年）。在这些患者中，AZM通过增加用力呼气容积（FEV1）改善了肺功能，减少了CF发作的次数，并减少了需要给患者使用的其他抗生素的数量（Al-shehri和Albassam，2025年）。阿奇霉素通常通过口服或静脉注射给药，因为它能够在中枢和组织中积聚（Anaya等人，2025年）。开发阿奇霉素吸入制剂具有重要意义，因为它可以减少与口服或静脉注射相关的系统副作用。
创新的吸入制剂策略对于推进CF治疗至关重要。在这种情况下，纳米嵌入微粒（NEMs，俗称“特洛伊颗粒”）提供了一种复杂的药物输送方法（Ungaro等人，2012年）。NEMs结合了纳米颗粒穿透生物屏障的优势和微颗粒在肺部的有效沉积。纳米颗粒可以提高药物稳定性、渗透黏液和生物膜的能力，并实现持续释放，但其直接的肺部输送受到较差空气动力学特性和配方挑战的限制（Torge等人，2017年）。通过喷雾干燥将纳米颗粒嵌入微颗粒中可以解决这些问题，从而开发出沉积效果更好、治疗潜力更强的稳定干粉制剂，适用于囊性纤维化等疾病。这种方法还允许在基质和纳米颗粒中同时结合多种药物（Lababidi等人，2020年）。
在这项研究中，我们开发了一种生物活性微粒基质，该基质由阿奇霉素、甘露醇和亮氨酸组成（Lababidi等人，2019年），并嵌入了载有甲萘醌的聚合物纳米颗粒作为抗生素辅助剂。这种设计利用“特洛伊颗粒”概念，实现了高效的肺部沉积和局部药物释放，同时考虑了两种化合物的不同理化特性。阿奇霉素被纳入快速溶解的微粒基质中，以便沉积后迅速发挥作用；而甲萘醌由于其更强的疏水性，则被封装在纳米颗粒载体中，以确保稳定的结合和释放。重要的是，这种配置旨在促进两种化合物在CF肺部的同时定位释放，从而同时实现药物释放、运输以及与黏液和细菌生物膜的相互作用（Olsson等人，2011年）。
首先，分别通过喷雾干燥和纳米沉淀法制备了微粒基质和聚合物纳米颗粒。然后通过喷雾干燥将它们结合成纳米嵌入微粒。之后对纳米嵌入微粒的形态、空气动力学特性、物理状态和再分散性进行了优化和表征。最后，通过雾化法和干粉雾化法评估了这些制剂对铜绿假单胞菌生物膜的抗菌效果及其对Calu-3肺上皮细胞的影响，以更好地模拟人体肺部的体内暴露条件。
节选
材料
阿奇霉素购自Apollo Scientific（英国斯托克波特）。甲萘醌、三乙胺（TEA）、L-亮氨酸、D-甘露醇、罗丹明B、荧光素钠盐、Dulbecco磷酸盐缓冲液（DPBS）和胰蛋白酶-EDTA购自Sigma-Aldrich（德国斯坦海姆）。乙酰化麦芽糊精是根据Abdel-Hafez等人的方法预先合成的（Abdel-Hafez等人，2022年）。Poloxamer 407购自Caesar和Loretz（德国希伦）。丙腈
MEN-AcMD纳米颗粒的制备
Abdel-Hafez等人之前已经证明了用模型疏水性药物负载AcMD-NPs的方法（Abdel-Hafez等人，2022年）。Abdel-Hafez及其同事制备了直径小、pH依赖性降解性可调且与肺细胞生物相容的单分散AcMD-NPs（Abdel-Hafez等人，2022年）。在本研究中，使用Poloxamer 407作为稳定剂，通过纳米沉淀法制备了纯AcMD纳米颗粒和负载MEN的AcMD纳米颗粒（图1）。
结论与展望
本研究成功开发了一种纳米嵌入微粒制剂，该制剂将阿奇霉素与载有甲萘醌的聚合物纳米颗粒结合，用于针对与囊性纤维化肺部感染相关的铜绿假单胞菌生物膜。喷雾干燥得到的NEM系统表现出球形至亚球形形态，具有适合肺部输送的理想空气动力学特性（1–5 μm MMAD），并且粉末和纳米颗粒的再分散性良好
CRediT作者贡献声明
Kristela Shehu:撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、验证、软件使用、数据分析、概念化。Janina Osti:撰写 – 审稿与编辑、资源提供。Marius Hittinger:撰写 – 审稿与编辑、资源提供。Annette Kraegeloh:撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、概念化。Marc Schneider:撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源提供、概念化。
资助
K. Shehu获得了德国学术交流服务（DAAD）的资助来完成她的工作（研究资助编号：57552340）。J. Osti得到了“3T – 无动物实验的干粉测试”项目（LFFP24/20 Call/LFFP-NV）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢萨尔兰大学无机固态化学系的PD Dr. Oliver Janka进行了XRPD分析。
