科研干货肺纤维化研究

肺纤维化是一种间质性肺疾病的末期表现，这种疾病以成纤维细胞增殖和大量的细胞外基质沉积为特征，导致肺组织结构的破坏。引发肺纤维化的因素多种多样，如职业或家居环境因素、药物、放射治疗、高浓度氧疗、吸烟、疾病因素以及遗传因素等。

 

治疗肺纤维化的主要目标是延缓疾病的进展。治疗方式包括氧疗，使用糖皮质激素、免疫抑制剂和抗纤维化药物，以及预防深静脉血栓的形成。

 

 

为更好地救治肺纤维化患者，众多仁心仁术的医学专家们对于肺纤维化治疗药物的研究奏响了肺纤维化患者们的福音。药物的研发过程中，小鼠肺纤维化模型得到了实践的认可，作为一项行之有效的验证手段应用于大多数的肺纤维化药物开发工作中对新药物的效用进行了初步考验。

 

 

造模方法

目前用于肺纤维化模型制作的诱导剂很多，如博来霉素、高浓度氧、石棉以及放射线等均可以引起肺部损伤，最终导致肺纤维化，其中以博来霉素最为常用。

 

博来霉素（bleomycin，BLM）是由轮枝链霉菌产生的碱性糖肽类物质的多组份复合抗生素，具有抗肿瘤作用，其毒副作用之一是引起肺纤维化。

 

其诱导肺纤维化的机制，普遍认为是博来霉素诱导DNA的断裂，产生自由基，诱导氧化应激反应，引起细胞凋亡或坏死，诱导炎症反应和纤维化。

 

由于病理组织学改变与人类肺纤维化最为接近，加上博来霉素价格低廉，容易获取且重现性好，在过去几十年中，博来霉素诱导的肺纤维化动物模型是应用最普遍的实验性肺纤维化模型。

 

博来霉素的给药途径包括肺特异性给药(气管内给药)和系统性给药(腹腔注射、皮下注射和静脉注射)。采用不同的给药途径，博来霉素最初损伤的细胞类型不同。因此，在用博来霉素造模时，最初的损伤部位可通过给药途径控制。

 

 

气管内给药是最为常用的给药途径，方法是博来霉素进入动物气管后立即通过直立旋转等手段，使药物均匀分布于肺组织，导致肺部病变发生纤维化。

 

气管给药可以是一次性的，也可以是重复多次的。其中使药物进入动物气管内有三种方法：

 

• 肺部液体雾化给药法：使用肺部液体雾化给药器对小鼠肺部定量给予博来霉素。通过肺部液体雾化给药器对健康C57BL/6小鼠肺部定量给予博来霉素进行肺纤维化造模。用药剂量为2 U/kg，连续给药7天便可以获得肺纤维化小鼠模型。

 

• 滴注法：1）直接支气管插管，然后滴入博来霉素2）麻醉动物动物，手术剖开颈部皮肤，钝性分离肌肉组织露出支气管，然后注入博来霉素。

 

• 雾化器暴露法：利用口鼻暴露装置，将博来霉素水溶液雾化，使动物自行吸入。

 

其中肺部液体雾化给药法操作简便，药物散布均匀，既不需要对小鼠进行手术，也不会像雾化器暴露法导致吸入药物量不可控、药物浪费、成本高。节省人力物力，下文为使用该装置造模的实例：

 

文献速递 | 玉研仪器肺部雾化给药装置助力新型肺纤维化疾病造模方式及给药途径

参考文献：Wang, Shuo et al. “Sustainably released nanoparticle-based rhynchophylline limits pulmonary fibrosis by inhibiting the TEK-PI3K/AKT signaling pathway.” Translational lung cancer research vol. 12,3 (2023): 427-445. doi:10.21037/tlcr-22-675

 

 

治疗手段

肺纤维化的治疗手段可以分为药物治疗、对症支持治疗和手术治疗。由于对症支持治疗采用的方法为氧疗、辅助通气等保守疗法；手术治疗的手段则以肺移植为主，对于肺纤维化的新治疗手段开发集中于药物治疗。

 

随着纳⽶平台技术的进步，吸入疗法取得了显著的进展，而吸入疗法对于将目标药物转化为气雾剂至关重要。在临床研究中，通常使用雾化器进行给药；而在临床前研究中，雾化器虽能够保证药物均匀作用于肺部，但存在吸入药物量不可控、药物浪费、成本高等问题，所以通过肺部液体雾化给药器对肺纤维化C57BL/6小鼠模型肺部定量给予药物进行治疗成为了研究者们的最优解。

 

 

模型评估

2024年9月，新疆医科大学第一附属医院药剂科杨建华教授团队在International Immunopharmacology杂志上发表了一篇题为“Harmine inhibits pulmonary fibrosis through regulating DNA damage repair-related genes and activation of TP53-Gadd45α pathway”的文章。

 

 

作者采用了可能具有抗肺纤维化作用的药物哈尔明，哈尔明是从药用植物骆驼蓬种子中分离得到的中药小分子。哈尔明在中东和中国已有数千年的使用历史，具有广泛的药理作用，包括抗炎、神经保护、抗糖尿病和抗肿瘤等作用。研究证明哈尔明治疗可改善肺纤维化小鼠的体重减轻和肺功能，并减少组织纤维化。

 

作者在造模后与给药后使用Emms WBP对各组小鼠的肺功能进行了连续三天的测量，用以评估模型与药物的效果。下图所示：给药21 d后，测量各组小鼠肺功能，包括：呼吸频率、强迫呼吸间隙、潮气量、分气量、呼气峰值流速、50%容积时呼气流量。

 

 

 

产品简介

EMMSLink WBP 动物呼吸生理检测分析系统采用全身体积描记法进行清醒动物的呼吸功能检测，可在动物清醒状态下自主呼吸自由活动时测定动物气道高反应和呼吸生理功能的变化情况，并且搭配雾化给药系统，可在检测进行中进行药物吸入激发气道反应，能够用于哮喘、高原病、各种气道炎症引起的气道高反应、呼吸机能生理学以及药物毒理学、药效评价等研究方向的基础生理数据采集，可应用于 COPD、肺纤维化等呼吸疾病研究的造模评估中。

 

 

该分析系统功能强大，可以直接在活体动物实验中得到与人类生理指标相类似的一系列生理数据，十分有利于基础研究的方案设计和等价分析。该系统所采用的检测方法得到国际学术界的广泛认同，有利于进行具有更高质量和学术价值的医学研究。

 

 

产品特点

EMMSLink WBP系统不仅能够检测动物平静呼吸时的F（呼吸频率）、AV(累积气量)、MV(分钟气量)、TV(潮气量)、Ti(吸气时间)、Te(呼气时间)等表征动物呼吸体征的参数，还能检测Penh(气道缩窄指数)以反映动物气道反应性，可辅助对哮喘、气道炎症等疾病的评估、EF50(呼气50%时的流速)可反映气道的通畅性，对气道阻塞性疾病具有参考意义。除此之外，EMMSLink主机在采样频率和运算速度上的性能也及其优异。

 

 

药效检测

2022年9月，华中科技大学同济医学院病理生理学系叶红教授团队在Theranostics杂志上发表了一篇题为“Blockade of phosphotyrosine pathways suggesting SH2 superbinder as a novel therapy for pulmonary fibrosis”的文章，创新性将抗癌药物SH2超级粘合剂应用于肺纤维化，阻断成纤维细胞的增殖，在体内和体外均具有显著的抗纤维化作用，为临床上治愈肺纤维化带来了一种很有前景的解决方案。

 

 

文章作者制备了SH2超级粘合剂，对肺纤维化小鼠模型进行了治疗。数据显示SH2超级结合剂通过靶向成纤维细胞中高磷酸酪氨酸水平，阻断磷酸酪氨酸介导的信号通路并抑制肺纤维化。

 

在证明SH2超级结合剂的效用时，采用EMMS FM系统测量小鼠肺功能。如图，测量了对照组、无治疗组、尼达尼布（经典抗肺纤维化药物）治疗组与GST-SH2 TrM处理组小鼠的肺顺应性(M)、肺弹性(N)、肺阻力(O)，TLC 肺总量(P)、FRC功能残气量(Q)、RV残气量(R)、PEF呼气流量峰值(S)。结果表明，与尼达尼布相比，SH2超级结合剂在体内具有更好的治疗效果和更少的副作用。

 

 

 

产品简介

eSpira™用力肺功能检测系统（eSpira™ Forced Manoeuvers System）是EMMS用于检测与肺功能相关的全部生理数据的大型系统，可对麻醉动物进行一系列成组实验的数据自动分析检测，包括用力肺活量相关数据的测试。该系统可用于小鼠、大鼠/豚鼠以及其他大型动物。广泛应用于COPD、广泛应用于慢阻肺、肺气肿、肺纤维化、矽肺、急性肺损伤、机械通气型肺损伤等各种急慢性呼吸系统疾病的临床前研究。

 

 

实验时，动物需麻醉并施以气管切开术。与人肺功能检测相类似，eSpira™系统提供与人类肺功能指标一致的各种生理指标参数。系统高度自动化并提供丰富的图标供分析研究使用，软件可自定义多种数据表格和图形形式，并可查看输出原始数据，并输出常用的 统计分析数据报告，还可以根据研究者实验需求灵活设置Protocal，简化实验流程，提高实验效率，另有电子签名设置可保证实验数据的安全性和真实性，符合GLP标准。 

 

 

可检测参数包括但不限于：

· 用力呼气量 / Forced Expiratory Volume (FEV) 

· 肺总量 / Total Lung Capacity 

· 用力肺活量 / Forced Vital Capacity 

· 最大呼气流量 / Peak Expiratory Flow 

· 最大呼气中段流量 / Maximum Mid Expiratory Flow 

· 准静态压力容积曲线 / Quasistatic Pressure Volume Curves 

· 功能残气量 / FRC 

· 阻力/顺应性 / Resistance/Compliance

产品特点

EMMS FM系统是COPD、急性肺损伤和肺间质疾病研究的必备工具，适用于多种肺部疾病的临床前研究。它通过经典的肺量测定法（Spirometry）检测多项生理数据，与人类医学肺功能检测指标一致，是目前检测指标最完整的动物肺功能检测系统。该系统支持多种实验动物，并具备大压力范围的内置储能器。多个测试组合可在五分钟内完成，持续输出气道阻力、动态肺顺应性等数据，确保数据精确，且在使用或不使用呼吸机的情况下都可进行检测。内置计算机以60kHz的高采样率处理数据，实时呈现并可导出多种图形与统计分析。