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Tow-Int's Ganzkörper-Plethysmograph-System: Ein Schlüsselinstrument für die Lungenfibroseforschung

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In der Studie wurde das Ganzkörperplethysmographiesystem verwendet, um vergleichende Studien zur Lungenfunktion in den Mausmodellen durchzuführen

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Kürzlich veröffentlichten Professor Yang Yang von der Tongji-Universität und Associate Professor Fang Huapan von der Xiamen-Universität in der Zeitschrift ACS Nano eine Forschungsarbeit mit dem Titel "Inhalable siRNA Targeting IL-11 Nanoparticles Significant Inhibit Bleomycin-Induced Pulmonary Fibrosis".

In dieser Studie wurde ein innovatives inhalierbares System zur Verabreichung von small interfering RNA (siRNA), PEI-GBZA, entwickelt, das aus Polyethylenimin (PEI) mit niedrigem Molekulargewicht besteht, das mit 4-Guanidinobenzoesäure (GBZA) modifiziert wurde. Dieses System lädt siRNA, die auf IL-11 (siIL-11) abzielt, effizient auf und bildet durch mehrfache Wechselwirkungen stabile Nanopartikel. Nach der Inhalation reichern sich die PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikel wirksam in fibrotischen Läsionen an, hemmen wichtige pathologische Prozesse, lindern die Lungenfibrose und weisen eine vernachlässigbare systemische Toxizität auf. Diese Plattform verspricht eine wirksame Behandlung der idiopathischen Lungenfibrose (IPF) und anderer Lungenkrankheiten.

Die Forscher stellten die PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikel erfolgreich her und führten mehrstufige experimentelle Studien durch, um diese Schlussfolgerungen aus verschiedenen Blickwinkeln zu validieren.

1. Herstellung und Charakterisierung von PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikeln

Die Forscher synthetisierten PEI-GBZA erfolgreich über Amidkondensationsreaktionen und mischten es mit siRNA, um PEI-GBZA/siRNA-Nanopartikel zu bilden. Experimente zeigten, dass PEI-GBZA siRNA bei einem Massenverhältnis von PEI-GBZA zu siRNA von 1,25 und mehr effektiv einkapselt, wobei die höchste zelluläre Aufnahmeeffizienz bei einem Verhältnis von 2,5:1 beobachtet wurde. Nach der Vernebelung behielten die Nanopartikel ein stabiles Zetapotenzial, eine stabile Partikelgröße und Morphologie bei und erreichten eine hohe Verkapselungseffizienz von 91,8 - 92,6 %. PEI-GBZA schützte siRNA wirksam vor dem Abbau durch Ribonuklease (RNase) und blieb in verschiedenen pH-Umgebungen stabil.

A/siRNA-Nanopartikel

2. Unterdrückung der Lungenfibrose in vitro durch PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikel

Mit den vorbereiteten PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikeln führten die Forscher In-vitro-Experimente mit embryonalen Fibroblasten der Maus (MEF) und Lungenepithelzellen der Maus (MLE-12) durch. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Nanopartikel die Zellmigration signifikant hemmten, die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) verringerten und die Expression von α-SMA (Glattmuskel-Aktin) und COL1A1 (Kollagen Typ I Alpha 1) verringerten, wodurch das Fortschreiten der Lungenfibrose wirksam unterdrückt wurde.

3. Effiziente Retention von inhalierten PEI-GBZA/siRNA-Nanopartikeln im Lungengewebe

Studien bestätigten, dass PEI-GBZA/siIL-11 die Expression von IL-11 in Zellexperimenten wirksam hemmte, wodurch die α-SMA- und COL1A1-Werte gesenkt und die Zellmigration gehemmt wurden. Weitere Untersuchungen zur Verteilung im Lungengewebe von Mäusen ergaben, dass die Fluoreszenzintensität von PEI-GBZA/siRNA-Nanopartikeln nach vernebelter Inhalation im Lungengewebe deutlich anstieg. Sie reicherten sich vor allem in fibrotischen Läsionen der Lunge an und wurden von Lungenepithelzellen, Endothelzellen und Immunzellen aufgenommen. Gleichzeitig bewiesen die Experimente, dass die PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikel eine gute biologische Sicherheit aufweisen.

4. Behandlung von Lungenfibrose mit PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikeln

Zur Bewertung der therapeutischen Wirksamkeit von PEI-GBZA/siIL-11-Nanopartikeln wurde ein Mausmodell für Bleomycin-induzierte Lungenfibrose erstellt. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Nanopartikel die Blutung und Nekrose im Lungengewebe der Maus wirksam reduzierten, die ROS-Werte senkten, die Expression von α-SMA, COL1A1 und TGF-β1 verringerten, die Werte von Hydroxyprolin und entzündlichen Zytokinen sowohl im Lungengewebe als auch in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF) verringerten, die Lungenfunktion verbesserten, die Kollagenablagerung und den Alveolarkollaps verringerten und den Anteil von Entzündungszellen wie Neutrophilen und Makrophagen verringerten, was eine ausgezeichnete antifibrotische Wirkung zeigt.

In dieser Studie wurde das von Tow-Int Technology unabhängig entwickelte Ganzkörper-Plethysmograph-System verwendet, um vergleichende Studien zur Lungenfunktion in den Mausmodellen durchzuführen. Es wurde eine Reihe von Atmungsparametern ermittelt, wie in Abbildung 6 K-P dargestellt: Inspirations-/Exspirationszeitverhältnis (Ti/Te), Atemfrequenz, Exspirationsfluss bei 50 % (EF50), Penh, Spitzeninspirationsfluss (PIF) und Spitzenexspirationsfluss (PEF). Dies lieferte eine solide Datengrundlage für die Experimente.

【Reference】

Dong S, Fang H, Zhu J, et al. Inhalable siRNA Targeting IL-11 Nanoparticles Significant Inhibit Bleomycin-Induced Pulmonary Fibrosis. ACS Nano. 2025;19(2):2742-2758. doi:10.1021/acsnano.4c15130