玉研全身暴露系統(tǒng) | 便捷、高效、可靠的實驗動物暴露染毒給藥系統(tǒng)——為毒理學(xué)與藥理學(xué)研究提供強(qiáng)大支持

在毒理學(xué)與藥效學(xué)研究的廣闊領(lǐng)域中，霧化給藥憑借其獨特的給藥方式，為藥物對呼吸系統(tǒng)潛在毒性的評估提供了前所未有的精準(zhǔn)視角。由于藥物直接作用于呼吸道和肺部，霧化給藥能夠模擬真實疾病狀態(tài)下的藥物暴露情況，從而精確評估藥物對呼吸系統(tǒng)的長期或短期影響。

更重要的是，霧化給藥還能與其他給藥方式如口服藥物或注射給藥相結(jié)合，為治療效果的全面、綜合評估提供了可能。

在動物造模方面，霧化給藥更是展現(xiàn)出其獨特的價值。通過精確模擬人類呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制和藥物作用過程，研究人員得以在動物模型中模擬人類呼吸系統(tǒng)疾病的病理生理變化，從而準(zhǔn)確評估藥物在疾病狀態(tài)下的治療效果和安全性。這種建模方式不僅有助于研究人員更深入地理解疾病的本質(zhì)和藥物的作用機(jī)制，更為藥物的臨床應(yīng)用提供了堅實的理論基礎(chǔ)和實驗支持。

玉研儀器的全身暴露染毒系統(tǒng)，正是基于氣溶膠霧化給藥原理設(shè)計的一款先進(jìn)實驗設(shè)備，采用動態(tài)循環(huán)暴露染毒的設(shè)計理念，搭配氣溶膠發(fā)生系統(tǒng)，為毒理學(xué)、藥效學(xué)和藥代動力學(xué)研究、動物建模等實驗提供了簡單、高效、穩(wěn)定且高性價比的解決方案。其實驗結(jié)果已被廣泛認(rèn)可為各種藥物、分子、顆粒物等毒性評價的重要指標(biāo)，為藥物的研發(fā)和優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支持。

動物全身暴露染毒系統(tǒng)

給藥染毒流程

系統(tǒng)組成

系統(tǒng)功能與應(yīng)用：

氣溶膠染毒：系統(tǒng)能夠?qū)⒁后w藥物、固態(tài)粉狀藥物、香煙煙霧和氣態(tài)化學(xué)物轉(zhuǎn)化為液體氣溶膠、粉塵氣溶膠、香煙煙霧或化學(xué)氣體，通過實驗動物的呼吸系統(tǒng)進(jìn)行染毒或給藥，同時保持藥物的原有性質(zhì)。

慢性或亞慢性染毒研究：允許實驗動物自由暴露于氣溶膠環(huán)境中，模擬呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)展過程，適用于慢性或亞慢性吸入毒理學(xué)和吸入病理學(xué)研究。

藥物檢測和環(huán)境毒物研究：適用于小動物的長時間誘導(dǎo)麻醉、藥物噴劑型藥效檢測以及模擬環(huán)境毒物的實驗，具有教學(xué)和科研雙重用途。

系統(tǒng)特點與組成部件：

高通量建模&給藥：單個暴露箱能夠同時對多只動物進(jìn)行建模，提高實驗效率和一致性。

自由活動設(shè)計：動物在實驗中可以自由活動，符合疾病自然發(fā)展規(guī)律。

氣溶膠吸入式給藥：首過消除效應(yīng)低，例如使用ova致敏時，霧化方式建模所需時間比腹部注射方式短。

一體化控制儀：具備定時器功能、霧化參數(shù)設(shè)定以及0-5LPM的持續(xù)供風(fēng)系統(tǒng)。

持續(xù)供風(fēng)與環(huán)境控制：能夠長時間為箱體內(nèi)的動物提供新鮮空氣，同時保持箱體內(nèi)的溫度和穩(wěn)定二氧化碳含量。

多種霧化器選擇：提供不同霧化粒徑的霧化器，如0.4um、2.2um、2.5um、3.1um、3.5um等，以適應(yīng)不同的實驗需求。

藥物類型廣泛：適用于溶液、粉塵、香煙煙霧、尼古丁溶液等多種藥物類型。

系統(tǒng)擴(kuò)展性：系統(tǒng)可以擴(kuò)展多個通道，具有高性價比，適合用于藥物篩選、安全評價等大規(guī)模實驗。

應(yīng)用場景——華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

近日，華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院毛成瓊教授課題組，在國際著名生物材料期刊Acta Biomaterialia發(fā)表了題為Immunometabolic reprogramming of macrophages with inhalable CRISPR/Cas9 nanotherapeutics for acute lung injury intervention的研究論文。該論文研究了一種靶向肺巨噬細(xì)胞的可吸入CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)，旨在調(diào)節(jié)葡萄糖代謝以緩解急性肺損傷（ALI）。該研究強(qiáng)調(diào)了免疫細(xì)胞代謝在炎癥中的作用，巨噬細(xì)胞葡萄糖代謝的變化以及肺水腫和炎癥的顯著減少證明了這一點。此外，觀察到支氣管肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞極化和細(xì)胞因子水平的改變皆表明了潛在的治療意義。這些發(fā)現(xiàn)不僅為ALI治療提供了見解，還有助于理解炎癥性疾病中的免疫細(xì)胞代謝。

急性肺損傷（ALI）是一種以快速發(fā)作的肺部炎癥為特征的嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病。ALI發(fā)病機(jī)制的核心是巨噬細(xì)胞功能障礙，其特征是促炎細(xì)胞因子過多和代謝活性向糖酵解的轉(zhuǎn)變。該研究強(qiáng)調(diào)了糖代謝在炎癥條件下免疫細(xì)胞功能中的重要作用，并確定了己糖激酶2 （HK2）是巨噬細(xì)胞代謝和炎癥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。鑒于HK2抑制劑的局限性，研究者提出了精確下調(diào)HK2的CRISPR/Cas9系統(tǒng)。研究者開發(fā)了一種可霧化的核殼脂質(zhì)體納米平臺（CSNs），與CaP復(fù)合，用于有效的藥物裝載，靶向肺巨噬細(xì)胞。且合成了多種CSNs來封裝基于mRNA的CRISPR/Cas9系統(tǒng)（mCas9/gHK2），并在體外和體內(nèi)的基因和蛋白水平上檢測了它們的基因編輯效率。CSN-mCas9/gHK2治療顯示巨噬細(xì)胞糖酵解和炎癥顯著減少。在LPS誘導(dǎo)的ALI小鼠模型中，吸入CSN-mCas9/gHK2減輕了促炎腫瘤微環(huán)境和肺部糖代謝重編程，為ALI預(yù)防和治療提供了一種方向。這項研究強(qiáng)調(diào)了將CRISPR/Cas9基因編輯與吸入給藥系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)了用于有效的局部肺部疾病治療的潛力，強(qiáng)調(diào)了靶向基因調(diào)節(jié)和代謝重編程在控制ALI中的重要性。

給藥方式

吸入治療采用上海玉研科學(xué)儀器的全身暴露系統(tǒng)（型號S - 5003M, Yuyan Instruments, Shanghai），氣溶膠霧化器通過醫(yī)用級導(dǎo)管連接到暴露箱體內(nèi)。在每次實驗中，6只未麻醉的小鼠以10 L/min的氣流速率暴露于氣溶膠中25分鐘。為了進(jìn)行體內(nèi)生物分布研究，在7 mL PBS中制備DiR-或Rhod -b標(biāo)記的DOPS封裝在的 cap復(fù)合的CSNs（核殼脂質(zhì)體納米平臺）中用于霧化。為了實驗?zāi)康模?/span>7 mL PBS中加入200 μg mCas9和100 μg grna的CSNDOPS-mCas9/gHK2，同樣進(jìn)行霧化處理。

結(jié)果顯示

ALI中觀察到的肺通透性增強(qiáng)可能潛在地增強(qiáng)了納米藥物通過肺內(nèi)途徑的被動靶向遞送。本研究通過氣管內(nèi)給藥LPS建立雙肺炎癥模型。隨后，ALI小鼠暴露于室內(nèi)霧化器裝置產(chǎn)生的CSN-DiR氣溶膠中。生成的氣溶膠顆粒的空氣動力學(xué)直徑中位數(shù)約為2.4μm，幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.25，屬于肺深部沉積的理想尺寸范圍。研究者發(fā)現(xiàn)吸入的CSN-DIR在肺中完全積累，如暴露后48小時的IVIS圖像所示（圖1a和b）。流式細(xì)胞術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，肺泡巨噬細(xì)胞（AMs）是捕獲CSNs的主要細(xì)胞類型，而不是樹突狀細(xì)胞（DCs）。在目前的方案下，在5ml PBS中吸入CSN-mCas9/gRNAs（200μg mCas9）25分鐘，估計在小鼠肺部沉積約1μg mCas9。

圖1

吸入CSN-mCas9/gHK2可減輕LPS誘導(dǎo)的ALI

研究者進(jìn)一步研究了霧化吸入CSNmCas9/gHK2前藥對LPS誘導(dǎo)的ALI模型的抗炎作用，這是一種有效的給肺治療方法（圖2a）。通過使用上海玉研科學(xué)儀器的全身暴露系統(tǒng)在LPS誘導(dǎo)8 h后進(jìn)一步檢測處理小鼠的肺濕干比（W/D），LPS處理小鼠的肺濕干比明顯高于PBS處理小鼠。然而，吸入CSN-mCas9/gHK2組的W/D比明顯低于LPS組（圖2b）。如圖6c所示，結(jié)果顯示LPS+PBS處理小鼠的蛋白質(zhì)濃度顯著升高，隨后在給藥CSN-mCas9/gHK2后逐漸降低。

                                                 圖2

ALI的發(fā)病機(jī)制涉及血管炎癥和中性粒細(xì)胞驅(qū)動的炎癥反應(yīng)。由活化的巨噬細(xì)胞引發(fā)的中性粒細(xì)胞流入肺部，對ALI的嚴(yán)重程度和進(jìn)展至關(guān)重要。該研究表明，BALF中總中性粒細(xì)胞計數(shù)顯著下降，突出了CSN-mCas9/gHK2在緩解ALI方面的有效治療作用。與LPS組相比，0.4 mg/kg CSN-mCas9/gHK2組的治療效果最為顯著（圖3f＆g）。

                                                 圖3

研究表明，CSNmCas9/gHK2是一種很有前景的ALI治療方法，利用靶向基因編輯來調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞代謝和炎癥。

上海玉研儀器的全身暴露系統(tǒng)在評估CSNmCas9/gHK2治療急性肺損傷（ALI）的實驗中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該系統(tǒng)通過霧化給藥技術(shù)，將CSNmCas9/gHK2送達(dá)肺部，增強(qiáng)了其治療肺部疾病的適用性，展示了作為一種局部、有效、安全的治療方法的潛力。在推進(jìn)ALI治療及其他炎癥性肺部疾病的治療研究中具有重要意義。

相關(guān)產(chǎn)品推薦

動物口鼻暴露系統(tǒng)

上海玉研儀器公司的口鼻暴露系統(tǒng)主要是用于動物肺部疾病研究方面，由氣溶膠發(fā)生器、口鼻暴露塔、廢氣處理裝置等組成。

口鼻暴露系統(tǒng)可在模擬吸入氣溶膠的過程基礎(chǔ)上開展生命科學(xué)相關(guān)科研工作，適合對各類實驗動物進(jìn)行口鼻部給藥、口鼻部吸入式暴露的實驗，系統(tǒng)氣密性好，暴露濃度均一，適合使用液體氣溶膠、粉塵氣溶膠、納米顆粒氣溶膠、煙氣等可吸入物的口鼻吸入染毒實驗。可保證同一實驗組動物吸入染毒劑量的一致性；實現(xiàn)氣溶膠在線濃度檢測和樣品實時在線采用。同時可減少人工提高工作效率，提高實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。

一、直接作用于目標(biāo)部位，提高藥物評估準(zhǔn)確性

口鼻暴露系統(tǒng)能確保藥物直接作用于呼吸道和肺部，這種給藥方式在呼吸系統(tǒng)疾病的研究中尤為重要。藥物直接作用于目標(biāo)部位，不僅提高了藥物的生物利用度，還減少了藥物在全身其他系統(tǒng)的分布，從而降低了非目標(biāo)部位的副作用風(fēng)險。這使得研究人員能夠更準(zhǔn)確地評估藥物在呼吸系統(tǒng)疾病中的治療效果和安全性。

二、系統(tǒng)適用性強(qiáng)，滿足不同實驗需求

該系統(tǒng)具備多種型號和靈活的配置選項，以適應(yīng)不同實驗需求。從小型動物如小鼠、大鼠，到大型動物如兔子、犬等，都可以找到適合的型號進(jìn)行口鼻暴露實驗。此外，系統(tǒng)還可以根據(jù)實驗需求進(jìn)行個性化配置，如添加氣溶膠濃度檢測裝置、顆粒監(jiān)測裝置等，以提供更全面的實驗數(shù)據(jù)支持。

三、先進(jìn)的霧化技術(shù)和氣溶膠發(fā)生器

口鼻暴露系統(tǒng)采用了先進(jìn)的霧化技術(shù)和氣溶膠發(fā)生器，確保藥物以極細(xì)的霧化顆粒形式進(jìn)入動物體內(nèi)。這種細(xì)化的藥物顆粒能夠更深入地滲透到呼吸道和肺部組織，提高藥物的局部濃度，從而增強(qiáng)治療效果。同時，系統(tǒng)還具備循環(huán)換氣功能，確保實驗環(huán)境的穩(wěn)定和舒適，降低對實驗動物的應(yīng)激反應(yīng)。

此套系統(tǒng)主要應(yīng)用于呼吸疾病基礎(chǔ)研究，可測試各種不同的物質(zhì)，如藥物，大氣污染物，PM2.5，有機(jī)物質(zhì)，工業(yè)衛(wèi)生，農(nóng)業(yè)化學(xué)品等。可進(jìn)行急性染毒、慢性染毒等多種氣體染毒實驗。廣泛應(yīng)用于呼吸性疾病造模、藥物藥效評價、藥物安全評價、吸入式毒理研究、環(huán)境安全評價、PM2.5研究、化學(xué)品和農(nóng)藥安全評價、放射性物質(zhì)危害評估、軍事醫(yī)學(xué)、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

肺部霧化給藥裝置

玉研儀器肺部霧化給藥裝置(Microsprayer Aerosolizer)也稱作氣管內(nèi)霧化給藥裝置，是專門為小鼠、大鼠、豚鼠等小動物設(shè)計，可精確進(jìn)行氣管內(nèi)霧化給藥的裝置?？蓪⒍恳后w通過集成在不銹鋼毛細(xì)插管中的氣溶膠霧化微噴頭霧化，毛細(xì)插管可深入動物至支氣管分叉處，實現(xiàn)氣管內(nèi)定量霧化成氣溶膠給藥。相較于傳統(tǒng)口服或注射給藥，藥物可直接作用于肺部，適用于肺部生理、病理、藥理學(xué)研究，按給藥的狀態(tài)不同還可分為液體給藥以及干粉給藥。

技術(shù)優(yōu)勢：

先進(jìn)的液體霧化技術(shù)：通過精密設(shè)計和高效操作機(jī)制，90%藥物霧化直徑＜30μm（液體），迅速且均勻地將液體藥物轉(zhuǎn)化為微小霧狀顆粒，可均勻分布于大小鼠肺部組織中。

提高藥物利用率和實驗準(zhǔn)確性：氣管內(nèi)直接給藥，無首關(guān)消除，藥物全身效應(yīng)小，確保藥物直接且均勻地覆蓋目標(biāo)細(xì)胞、組織或樣本，實現(xiàn)局部或系統(tǒng)疾病的治療。

精確控制給藥量：微量精確給藥，最小藥物用量25μL（液體），保證實驗中每次給藥的一致性和準(zhǔn)確性，確保實驗的重復(fù)性。

多種藥物類型：可用于溶液、小細(xì)胞懸浮液、均質(zhì)懸濁液、粘度較低的乳濁液、干粉等給藥

設(shè)計與材料：采用優(yōu)質(zhì)材料制造，確保給藥過程的安全性和穩(wěn)定性。

操作簡便：易于清洗和維護(hù)，降低實驗人員的工作負(fù)擔(dān)。

應(yīng)用領(lǐng)域：

評估藥物療效：適用于評估藥物對肺部疾病（如哮喘、慢性阻塞性肺?。┑寞熜Ш桶踩浴?/span>

模擬肺部疾?。和ㄟ^直接霧化藥物進(jìn)入肺部，模擬人類肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。

動物模型制作和呼吸功能檢測：廣泛應(yīng)用于相關(guān)實驗，為疾病預(yù)防和治療提供參考。

用戶名單

北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部

北京中醫(yī)藥大學(xué)

武漢大學(xué)

中山大學(xué)

山東大學(xué)

中國藥科大學(xué)

成都中醫(yī)藥大學(xué)

南京中醫(yī)藥大學(xué)

廣州醫(yī)科大學(xué)

福建醫(yī)科大學(xué)

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云南民族大學(xué)

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江漢大學(xué)

北京生命科學(xué)研究所

昌平國家實驗室

上海市臨床檢驗中心

上海市傷骨科研究所

四川大學(xué)華西醫(yī)院

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院

中南大學(xué)湘雅醫(yī)院

大坪醫(yī)院

江蘇先聲藥業(yè)有限公司

上海藥明生物技術(shù)有限公司

杭州先為達(dá)生物科技有限公司

華輝安健(北京)生物科技有限公司

吉林省中實檢驗檢測有限公司

青島海華生物醫(yī)藥技術(shù)有限公司

天津谷堆生物醫(yī)藥科技有限公司

廣州市君威科學(xué)儀器有限公司

上海賽增醫(yī)療科技有限公司

中科檢測技術(shù)服務(wù)（廣州）股份有限公司

文獻(xiàn)列表

1. Huang, Wanling et al. “Immunometabolic reprogramming of macrophages with inhalable CRISPR/Cas9 nanotherapeutics for acute lung injury intervention.” Acta biomaterialia, S1742-7061(24)00168-5. 1 Apr. 2024, doi:10.1016/j.actbio.2024.03.031

2. Feng, Nan et al. “P. gingivalis alters lung microbiota and aggravates disease severity of COPD rats by up-regulating Hsp90α/MLKL.” Journal of oral microbiology vol. 16,1 2334588. 27 Mar. 2024, doi:10.1080/20002297.2024.2334588

3. Liu Y, Huang X, Yi X, He Y, Mylonakis E, Xi L. Detection of Talaromyces marneffei from Fresh Tissue of an Inhalational Murine Pulmonary Model Using Nested PCR. PLoS One. 2016;11(2):e0149634. Published 2016 Feb 17. doi:10.1371/journal.pone.0149634

4. Li H, Li X, Gao S, et al. Exposure to Cigarette Smoke Augments Post-ischemic Brain Injury and Inflammation via Mobilization of Neutrophils and Monocytes. Front Immunol. 2019;10:2576. Published 2019 Nov 7. doi:10.3389/fimmu.2019.02576

5. W Li, J Liu, F Mao,et al. An IgM-like Inhalable ACE2 fusion protein broadly neutralizes SARS-CoV-2.

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7. Zhao Z, Zhang Y, Liu L, et al. Metabolomics study of the effect of smoking and high-fat diet on metabolic responses and related mechanism following myocardial infarction in mice. Life Sci. 2020;263:118570. doi:10.1016/j.lfs.2020.118570

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9. Xu MX, Dai XL, Kuang Q, et al. Dysfunctional Rhbdf2 of proopiomelanocortin mitigates ambient particulate matter exposure-induced neurological injury and neuron loss by antagonizing oxidative stress and inflammatory reaction. J Hazard Mater. 2020;400:123158. doi:10.1016/j.jhazmat.2020.123158

10. Chen Y, Zhang Y, Rao C, Huang J, Qing Q. Deletion of sphingosine kinase 2 attenuates cigarette smoke-mediated chronic obstructive pulmonary disease-like symptoms by reducing lung inflammation. Biomol Biomed. 2023;23(2):259-270. Published 2023 Mar 16. doi:10.17305/bjbms.2022.8034