灵长类动物口鼻吸入染毒系统

北京时间4月13日晚，深圳华大生命科学研究院等多国科研机构共同参与绘制的全球首个非人灵长类动物全细胞图谱，发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）。据悉，该图谱绘制完成是基于DNBelab C4和DNBSEQ测序平台。Nature官网截图该图谱将被用于物种进化、人类疾病以及药物评价和筛选相关的研究，为生物医学的发展提供一个基础性的资源和工具，为疾病诊疗、靶向药物开发提供助力，为人类更好地探究生命的进化提供可能。为了绘制这张“地图”，研究人员基于华大自主开发的单细胞建库和测序平台对猕猴的45个组织或器官的约114万个细胞进行单细胞测序分析，“地图”上的113种颜色代表着113种细胞。这是世界上首个非人灵长类动物全身器官细胞图谱。研究人员还据此搭建了非人灵长类动物百万单细胞交互式资源网站。非人灵长类动物百万单细胞交互式资源网站截图21世纪初，人类基因组草图的问世为生命科学的研究谱写了一本生命“天书”，为生命的数字化提供了基础。然而，遗传信息是由细胞携带的，但是目前，人类对自身细胞的认识还很有限，全面解码细胞的数字化特征将推动生命科学的研究，为生物医学的发展提供基础性的资源和工具。为此，研究人员将目光投向了非人灵长类中和人的基因相似度高达93%的猕猴，绘制了一张猕猴的全身器官的细胞“地图”。“非人灵长类动物相比其他模式动物，在人类疾病特别是认知和神经系统疾病研究中具有显著优势，” 论文的共同通讯作者之一、深圳华大生命科学研究院刘龙奇表示，“猕猴全细胞图谱将为人类疾病机制和临床前研究提供丰富的信息，开拓新的视野。”“有了这张‘地图’就相当于有了一个探索生命细胞分辨率的高精度仪器，可以‘看到’每个器官都有哪些细胞，还可以精细到每个细胞里具体的分子特征及与其他细胞的互作关系。”论文的第一作者、深圳华大生命科学研究院韩磊博士介绍说，“这为我们更好地认识生命的基本结构，探究疾病和细胞的关系打下了基础，也为疾病的精准治疗提供了新的方向。”在本研究中，研究人员找到了各个组织的共有细胞类型及其“特有标签”（特异性标记基因），并发现了多种存在于各个组织中的具有分化潜能的细胞，这类细胞或许可以为之后各类器官损伤修复提供细胞来源，也为哺乳动物组织再生研究提供新的思路。另外，基于这张“地图”，研究人员还构建了包含新冠、乙肝、狂犬病毒等126种病毒易感细胞类型的病毒数据库，这就像一本“病毒字典”，通过它可以快速查询病毒最有可能侵染的细胞类型，同时看到该细胞类型可能分布的器官。有了它，医生在检查新冠肺炎确诊患者肺部情况的时候，也会同步检查肾脏、肝脏和胆囊。因为字典里提到，这几个器官同样分布有新冠病毒可能感染的细胞。研究人员也可以输入特定疾病的致病基因或相关的遗传位点来查询该疾病可能的治病细胞类型，这为预防和治疗病毒性传染病和遗传疾病提供数据支持，为疾病的临床诊断和治疗指明方向。细胞“地图”或许还可以帮助缩短药物研发周期。众所周知，药物研发花费巨大，耗时长。其中的第一步就是要从成千上万种药物中筛选出几种相对有效的药物，需要消耗非常长的时间，且研究人员无法对每一种药物都进行动物试验。那怎么办呢？通过细胞“地图”，研究人员就可以针对靶向的细胞，检测该细胞对于这些药物的反应，从而快速选出几种有效的药物，再进行动物试验。这将大大缩短大规模药物筛选的时间，有助于靶向药的研发和精准治疗。当然，这个神奇“地图”的绘制，离不开单细胞测序技术的进步和测序成本的下降。在过去，要绘制这样一张“地图”，需要大量的时间及高昂的实验成本。而如今，基于华大智造自主开发的单细胞建库平台（DNBelab C4）和DNBSEQ测序技术，科学家可以以低成本、高灵敏度和准确性的方法进行多维的单细胞分析，快速准确地得到具有潜能的细胞，从而开展下一步的研究，为整个生命科学领域提供了一系列宝贵的数据资源。“大规模细胞图谱的绘制工作，对于我们理解器官结构组成、胚胎发育和衰老、人类疾病及生命演化等都具有重要的意义。未来我们还将开发更高通量的单细胞技术以及具备空间分辨率的多组学技术，为全面构建生命单细胞分辨率的时空图谱提供重要工具。”论文的共同通讯作者之一、深圳华大生命科学研究院院长徐讯表示，“同时细胞图谱数据正在迅速增长，其中蕴含巨大的信息量，这些数据解读和挖掘工作需要全球科学家的共同协作和努力。”本研究由深圳华大生命科学研究院联合北京华大生命科学研究院、深圳国家基因库、吉林大学、中国科学院广州生物医药与健康研究院、瑞典卡罗林斯卡医学院、英国剑桥大学、西班牙ICREA研究所、新加坡ASTAR等来自6个国家的35个科研团队共同参与完成。韩磊、魏小雨、刘传宇、庄镇堃、邹轩轩、王智锋和Giacomo Volpe为该论文的共同第一作者，刘龙奇、徐讯、侯勇和Miguel A. Esteban为论文的共同通讯作者。本研究已通过伦理审查，严格遵循相应法规和伦理准则。

吸入雾化技术的主要优点在于其高效性、低副作用及易操作性。该技术通过雾化装置将药物转化为微小颗粒，使动物能够轻松吸入，直达病灶，从而快速发挥药效。同时，由于药物直接作用于呼吸道，减少了全身用药可能带来的副作用。此外，雾化治疗操作简便，适用于多种呼吸道疾病，为精准医疗提供了便捷有效的治疗手段。2024年2月份，3月份，7月份多篇动物吸入雾化研究登上《Nature Communications》。（一）Inhalable cardiac targeting peptide modified nanomedicine prevents pressure overload heart failure in male mice本文创新之处主要包括以下几个方面：1. 新型纳米药物设计：开发了一种心脏靶向肽（CTP）修饰的钙磷酸盐（CaP）纳米粒子，用于输送选择性PDE10A抑制剂TP-10，这是一种新型的药物载体设计。2. 靶向递药系统：通过CTP修饰，实现了药物在心力衰竭病理状态下对心肌细胞和成纤维细胞的特异性靶向，提高了药物的心脏积累和治疗效果。3. 吸入式给药途径：利用吸入式给药方式，药物通过肺部快速吸收进入全身循环，提高了药物在心脏的积累速度和效率，这是一种非侵入性且有效的药物递送方法。4. 低剂量高效治疗：研究表明，低剂量的吸入药物（2.5 mg/kg/2天）就能发挥良好的治疗效果，减少了长期治疗所需的药物剂量，可能降低副作用。5. 长期治疗的生物安全性：通过长期吸入治疗的生物安全性评估，证明了该纳米药物在肺部的安全性，为长期临床应用提供了重要依据。6. 信号通路调节作用：揭示了TP-10@CaP-CTP纳米粒子通过cAMP/AMPK和cGMP/PKG信号通路对心肌细胞和心脏成纤维细胞的治疗作用，为心力衰竭的分子机制提供了新的见解。7. 心力衰竭治疗的新策略：这项研究提供了一种新的心力衰竭治疗策略，有望改善现有治疗方法的局限性，为患者提供更为有效和安全的治疗选择。（二）AAV-delivered muscone-induced transgene system for treating chronic diseases in mice via inhalation本文创新之处主要包括以下几个方面：1. 新型基因治疗系统：开发了一种基于腺相关病毒（AAV）载体的基因治疗系统（AAVMUSE），利用小鼠嗅觉受体（MOR215-1）和合成的cAMP响应启动子（PCRE）来实现对治疗基因表达的控制。2. 嗅觉受体介导的基因表达调控：利用G蛋白偶联的小鼠嗅觉受体MOR215-1，通过与麝香酮（muscone）结合来激活cAMP信号通路，从而启动治疗基因的表达。这种方法提供了一种非侵入性的基因表达调控手段。3. 吸入式给药方式：通过吸入麝香酮来远程、剂量依赖性地控制基因表达，这种方法避免了传统的注射给药方式，提供了一种更为便捷的治疗手段。4. 长期可控的基因表达：AAVMUSE系统能够在小鼠体内实现长达20周的基因表达控制，这对于需要长期治疗的慢性疾病具有重要意义。5. 治疗慢性疾病的应用：将AAVMUSE系统应用于治疗非酒精性脂肪肝病（NAFLD）和过敏性哮喘两种慢性炎症性疾病，展示了其在实际疾病治疗中的潜力。6. 安全性和耐受性：研究表明，AAVMUSE系统在小鼠体内的基因表达调控具有良好的安全性和耐受性，未引起显著的细胞毒性或免疫反应。7. 多细胞类型和器官的适用性：AAVMUSE系统在多种细胞类型（如肝细胞和肺细胞）和器官中均显示出有效的基因表达调控能力，表明其具有广泛的应用前景。8. 治疗蛋白的动态调控：通过一次性注射AAVMUSE系统，结合吸入麝香酮，实现了治疗蛋白（如ΔhFGF21和ΔmIL-4）的动态调控，为精准医疗提供了新的策略。（三）Inhalation of ACE2-expressing lung exosomes provides prophylactic protection against SARS-CoV-2本文创新之处主要包括以下几个方面：1. ACE2表达的肺外泌体（LSC-Exo）：研究团队利用表达ACE2的肺球状细胞（LSC）衍生的外泌体作为预防性保护剂，通过吸入的方式提供针对SARS-CoV-2的保护。这是一种新颖的方法，利用人体自身的细胞和分子机制来对抗病毒感染。2. 吸入式给药：通过吸入LSC-Exo的方式，实现了药物在肺部的沉积和生物分布，这种方法模拟了病毒感染的自然途径，可能更有效地在病毒感染的初始阶段提供保护。3. 体外和体内实验的结合：研究不仅在体外细胞实验中验证了LSC-Exo对SARS-CoV-2的中和作用，还在小鼠和叙利亚仓鼠模型中进行了体内实验，证明了其在预防和治疗SARS-CoV-2感染中的有效性。4. 对多种SARS-CoV-2变种的中和作用：LSC-Exo不仅对原始SARS-CoV-2毒株有效，还对D614G和B.1.617.2（Delta）变种显示出中和作用，这表明其可能对现有和新出现的病毒变种具有广泛的保护效果。5. 减少病毒载量和肺损伤：在叙利亚仓鼠模型中，LSC-Exo治疗显著减少了SARS-CoV-2引起的疾病和病毒载量，减轻了肺部炎症和纤维化，这为COVID-19的治疗提供了新的策略。6. 安全性评估：研究评估了LSC-Exo的长期安全性，未发现显著的免疫反应或副作用，这为临床应用提供了重要的安全性数据。7. 潜在的临床应用：这项研究展示了LSC-Exo作为一种日常预防药物的潜力，可能简化针对多种SARS-CoV-2变种的抗病毒治疗策略。8. 分子机制的探索：通过RNA测序分析，研究揭示了LSC-Exo在减轻SARS-CoV-2感染引起的免疫反应和氧化应激中的作用机制，为理解其治疗作用提供了分子层面的见解。2013年成立的北京元森凯德生物技术有限公司（YSKD），其自主研制的动物雾化吸入给药系列装置（气管肺部直接递送喷雾针，口鼻式吸入暴露，全身雾化给药仪，粉尘/液体/烟气气溶胶发生器等）可以应用在以下几个方面： 许多人类疾病难以直接在人体上进行深入研究，因此科学家利用动物建立疾病模型，模拟疾病的发生和发展过程。这些模型不仅有助于揭示疾病的病因、病理机制，还为寻找新的治疗方法提供了可能。通过动物呼吸疾病模型，研究人员可以观察和分析生物体在不同条件下的反应，从而揭示生命的基本规律。新药研发过程中，动物实验是不可或缺的环节。吸入型药物在进入临床试验前，需要在动物身上进行毒性测试、药效评估等，以确保其安全性和有效性。此外，动物吸入暴露实验还有助于确定药物的剂量、给药途径等关键参数。动物吸入暴露实验也被用于评估环境因素对人类健康的影响。例如，通过给动物暴露于特定的环境污染物中，观察其生理、生化及行为等方面的变化，可以推断这些污染物对人类健康可能产生的危害。用户案例：中日医院呼吸病学研究中心/中日友好临床医学研究所，北京中医药大学，中国药科大学，沈阳药科大学，复旦大学，浙江大学，四川大学，中南大学湘雅医学院等

由中国医药包装协会主办，中国药学会制药工程专业委员会、呼吸疾病国家重点实验室作为合作方共同举办的2020“姑苏对话”活动于2020年9月9日-11日在苏州独墅湖世尊酒店如期举行。北京慧荣和科技有限公司作为2020“姑苏对话”吸入制剂论坛的赞助商，对于吸入制剂论坛提供大力支持。　　 2020“姑苏对话”吸入制剂论坛是吸入制剂领域专业的研讨盛会，此次论坛主要议题包括主题一：我国呼吸系统疾病临床现状及吸入制剂的发展趋势；主题二：吸入制剂体内外一致性评价的策略与挑战；主题三：吸入制剂的临床研究关键技术级案例分析。 此次论坛，各位专家学者就以上主题进行了广泛的讲解分析与沟通交流。中国药学会制药工程专业委员会名誉主任委员俞雄主持会议 中国药学会制药工程专业委员会主任委员、呼吸疾病国家重点实验室教授、药典委员金方：药政新法下中国吸入制剂行业的机遇与挑战 武汉工程大学教授、湖北省“百人”专家刘波：使用机制化模型进行体内外相关性研究——吸入制剂的生物豁免之路探索 四川普悦特药业有限公司董事长侯曙光：吸入仿制药：路在何方？慧荣和公司总经理郑劲林、研发部主管温占波和研发部工程师王欢参加本次大会，公司展出NGI、ACI与呼吸模拟器等相关产品，引来了相关药企、药物研发中心等多家单位、多位老师的参观与咨询，并就此进行了深入的交流，取得了非常积极有效的成果。公司一直以“打造世界一流吸入毒理设备”为愿景，积极与世界各地的科研机构和客户合作，助力气溶胶科学的发展，致力于人体吸入健康相关产品的研发，并积极倡导相关检测标准的提升。慧荣和致力于生产国际一流吸入领域相关仪器。包括小动物口鼻吸入暴露系统、大动物口鼻吸入暴露系统、全自动AMES实验仪、液体气溶胶发生器、粉尘气溶胶发生器、NGI与呼吸模拟器等多款仪器。我们期待与您携手共进，共同为人类更美好的气溶胶环境而努力！