肺部药物递送系统在肺部感染治疗领域的现状和进展

李楠，刘畅，刘洪斌

(天津市医药科学研究所，天津 300020)

肺部感染已成为全球第三大致死疾病，仅次于心脑血管疾病[1]。大部分上呼吸道感染是由于呼吸道遭到外界病毒的侵袭，而下呼吸道感染可能由病毒、真菌、细菌、衣原体和支原体等病原微生物引起。其中铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa，PA)作为临床上重要的条件致病菌之一，引起的肺部感染多为难治性慢性感染，常见于囊性纤维化(cystic fibrosis，CF)、弥漫性泛细支气管炎症和支气管扩张等[2-3]。临床治疗中常采用抗菌药物予以治疗，但传统口服或静脉途径治疗，抗菌药物全身性分布，感染部位有效药物浓度低，无法达到治疗所需的最小抑菌浓度，且容易诱导细菌产生耐药突变，不利于肺部感染的有效防治[1]。世界卫生组织已将细菌耐药性视为人类健康的三大威胁之一[2]。因此，如何使抗菌药物成功递送至感染病灶同时减少细菌耐药性成为有效治疗肺部感染的巨大挑战。局部递送抗菌药物，如吸入气雾剂用于治疗肺部感染，起效迅速，仅需较低的药物剂量作用于局部，即可在靶部位实现较高的药物浓度，更加可有效清除细菌并降低耐药致病菌；减少全身暴露，从而降低药物不良反应[4-5]。

慢性呼吸道感染治疗常采用吸入用抗菌药物[6]，早期的制剂并未明确设计用于吸入雾化治疗(如庆大霉素注射剂的雾化吸入)，因而引起严重的支气管刺激。1997年美国食品药品监督管理局(FDA)批准即妥布霉素吸入制剂用于PA感染的CF患者[7]，在改善CF患者肺功能和降低住院频次方面，显示出良好的临床前景。随后，开发了干粉药物递送系统(drug delivery system,DDS)制剂以增强抗菌药物的肺部递送效率，减少抗菌药物的使用剂量，在改善抗菌药物的肺部安全性的同时避免耐药性的发展。除用于CF的相关感染的治疗，吸入制剂还可用于其他下呼吸道感染[7-8]。

随着人们对肺部递送药物研究的不断深入，将纳米载体等药物递送系统(drug delivery system,DDS)应用于肺部局部给药渐渐受到关注。DDS具有克服肺部生物学屏障的能力，有利于细菌感染的清除和防止耐药菌的发展等。尽管国内外研究人员针对DDS在肺部给药治疗相关领域进行了大量的研究，但当前的最新技术还无法满足抗菌药物肺部治疗的理想要求，仍观察到细菌耐药性的不断提高。本文将对肺部感染治疗的难点、抗菌药物耐药性和吸入给药的优势、肺部递送药物的要求等方面归纳和总结，以期为基于DDS的肺部吸入用抗菌药物的研发提供参考。

1 抗菌药物耐药性和局部用药的益处

病原微生物如金黄色葡萄球菌、肠球菌或铜绿假单胞菌(PA)[9]引起的人类细菌性感染在全球的死亡率中占很大的比例[10]。多数情况下，感染的患者会接受强效抗菌药物的治疗，传统临床治疗常采用口服和/或静脉给药[6]。特别是对于慢性感染的治疗，通常采用较高剂量的抗菌药物。尽管它们对感染具有较好的治疗效果，但也存在一些缺陷：①重复使用高剂量抗菌药物可能会产生药物不良反应、剂量蓄积和急性毒性。如反复高剂量给予妥布霉素会引起急性/慢性毒性，特别是减少肾小球滤过[11]；②在非治疗部位使用或蓄积抗菌药物(如影响结肠的正常细菌群)会导致耐药性的发生，影响疾病的有效控制和治疗[12]；③更重要的是抗菌药物的生物利用度较低，使得治疗部位所需的最低抑菌浓度(MIC)升高，引起细菌耐药性的快速发展[12-13]。

尽管可通过合理使用抗菌药物避免药物的不良反应，但细菌耐药性已成为目前细菌感染治疗最紧迫的威胁之一。某些耐药菌甚至对多种抗菌药物都产生了耐药性[14-16]。

革兰阴性杆菌引起的细菌耐药性问题，其中最严重的当数肠杆菌科、铜绿假单胞菌(PA)和鲍曼不动杆菌，这些菌株几乎对所有抗菌药物都具有耐药性[17]。目前临床上对PA治疗面临着细胞的低渗透性、多种药物的主动外排泵、生物膜形成、产生钝化酶及染色体编码的β-内酰胺酶突变等问题[3,18]。

目前批准应用于临床的抗菌药物作用靶点通常在细菌细胞膜处或细菌细胞质中的某个位置[15]。临床治疗时抗菌药物应以高浓度达到其靶标，克服潜在的低药物敏感性。尽管肺部给予抗菌药物具有较好的疗效，但肺部有其自身的防御机制，可限制异源性生物侵入肺部。近年来研究人员通过改变可吸入微粒的尺寸、形状、表面电荷和溶解度等理化性质克服肺部自身的防御机制，改善吸入制剂的雾化性能。

2 吸入用抗菌药物治疗肺部感染的难点

医院获得性铜绿假单胞菌是全球医院内肺部感染的主要原因之一。在医院感染监测系统报告的革兰阴性病原菌中，位列第二[19]。PA是CF患者最常见的病原菌，被认为是此类患者发病和死亡的主要原因[20]。生物膜对抗菌药物具有天然的抵抗力，这可能是反复持续细菌感染的根源。据报道，吸入给药是呼吸道细菌感染最有效的治疗方法，可直接将药物递送至患病部位[5,20]。研究表明，吸入抗菌药物可减少病情加重的频率，显著降低气道细菌密度，恢复肺功能，最重要的是改善肺部感染患者的生活质量[21]。但是，目前吸入抗菌药物在清除细菌感染方面还面临一些困难。

2.1 药物的生物利用度 肺内衬液的总体积很小(约150 mL)，并以厚度为0.07～15 μm分布在较大的上皮表面(140～160 m2)上[22-23]，因此对药物的水溶性提出了较高的要求[24]。由于目前临床使用的吸入用抗菌药的药效相对较低，需给予相当高的剂量(最高达100 mg)，因此肺吸入抗菌药物的水溶性至关重要。

2.2 肺对药物的清除机制 药物穿透气血屏障进入体循环的吸收和肺对药物的清除机制(如黏膜纤毛的清除和巨噬细胞的吞噬[25])可能是影响药物在气道内尽可能长时间维持最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)[26]的关键因素。此外，重复使用高剂量的抗菌药物而不控制释放，对患病部位的非靶向递送，也可能对健康的肺细胞产生毒性[27]。

2.3 PA耐药机制 最新的研究表明，目前临床上使用的吸入抗菌药物制剂只能终止病原体的传播并减少气道组织的破坏[28]，而不能彻底清除感染。作为革兰阴性病原菌，PA对多种抗菌药物具有天然耐药性，其生物膜的形成是促使肺部PA感染变得复杂的关键因素。PA形成生物被膜后，可通过①细胞壁渗透性下降，阻止抗菌药物的渗透；②吸附抗菌药物灭活酶，促进抗菌药物水解；③被膜下细菌呈“休眠状态”，敏感性降低；④阻止机体免疫系统对细菌的清除，产生免疫逃逸等机制，很难被抗菌药物清除[15,29]。此外，生物膜的细胞外基质主要由海藻酸盐、细胞外聚合物、脂质和DNA组成，是抗菌药物渗透的重要屏障[30]。氨基糖苷类药物，特别是妥布霉素由于生物膜组分与其存在较强的相互作用，从而导致药物不能完全渗透到生物膜基质中[3,30-31]。

肺的上皮表面覆盖一层黏液，其具有水凝胶样结构，主要由水、黏蛋白(糖蛋白)、DNA、蛋白质、脂质和细胞碎片组成[32]，是病原菌与宿主相互作用定植的第一个位点和进入机体的主要部位。尽管有黏液的屏障功能，但黏液并不能充分保护上皮组织免受病原菌定植等外部威胁[33]。病原菌一旦超过了机体的自然防御系统，黏膜可能成为细菌感染和耐药的良好环境。值得注意的是，囊性纤维化(CF)患者肺内黏稠的黏液堆积使其成为细菌感染的温床。人们已经认识到，黏液包裹的生物膜可持续存在数十年，无法完全清除。天然带负电的黏液基质可能成为更强的屏障，阻止抗菌药物渗透到作用部位[31]。因此，形成生物膜的细菌更难以通过常规吸入给药根治。

2.4 细菌感染治疗的新技术 目前欧洲仅批准了4种治疗CF相关PA感染的吸入用抗菌药物，包括大肠菌素(及其前药大肠菌素甲磺酸盐)、妥布霉素、左氧氟沙星和氨曲南[34-35]；一旦病原菌对某种药物产生耐药性，即使使用现有的、不同类型的抗菌药物联合用药来对抗肺部感染以减少细菌耐药的发生仍具有一定的难度[34]。

最新用于细菌感染的治疗方法包括噬菌体治疗、免疫治疗和疫苗接种，以及新的抗菌药物的发现和合成。这些发现的主要目的是获得更好渗透性，渗透细菌细胞壁和周围环境屏障，可在作用部位获得更好的生物利用度[14,36-38]。这些新的活性物质或治疗方法倾向于针对特定细菌进行选择性杀灭，而不损伤其他细菌和正常细胞。群体感应抑制因子(QSI)可有效抑制生物膜结构，使得细菌对抗菌药物更敏感。这种思路已经显示出较好的结果，尤其是与已批准的抗菌药物联合使用，可显著提高对细菌生物膜的功效[39]。QSI不会干扰细菌的生长，因而可避免抗菌药物的耐性；它们通过群体感应系统抑制细菌传播，阻止生物膜的形成。但目前发现大多数的QSI水溶性很差，影响其生物利用度，从而限制其疗效，使得它们无法通过吸入给药[40]。

研究人员试图通过提高现有抗菌药物的药效以克服细菌耐药性。目前已经合成了仅在目标部位起作用的前药[15]，预期可降低由抗菌药物本身引起的毒性，如黏菌素及其前药，然而，由于活性药物成分的理化性质和药物特性的影响，这一目标仍难以实现[41]。

因此，无论是发现新的抗菌药物还是改善现有抗菌药物的药效，对抗细菌耐药性的关键之一就是提高药物在感染病灶的生物利用度。因此，需要有效的递送系统，使其直接作用于局部，达到高剂量、持续的局部药物分布。

3 药物递送系统在肺部感染治疗领域的应用

3.1 DDS在肺部感染治疗中的优势 与传统(口服或静脉)给药相比，肺部递送抗菌药物治疗呼吸道细菌感染可获得了更好的效果，可显著提高其生物利用度，且全身性的严重不良反应较小[1-2,6]；同时肺部药物的递送也面临一些制剂工艺方面的难题。

理想的DDS必须解决活性药物成分(API)在发挥疗效方面的某些限制，如水溶性差、难以将药物分子递送至肺部及诱发高毒性的风险等[42]。增加比表面积可提高水溶性差的药物的溶解速率，提高水溶性差的抗菌药物在肺内衬液的溶解度，控制药物的释放，合理选择聚合物载体，并阻止药物快速清除，并最大限度地降低可能的不良反应。纳米颗粒的粒径低于黏膜纤毛识别清除的最佳尺寸范围[32,43]。避免或限制黏膜纤毛清除和肺泡巨噬细胞吞噬的同时，将抗菌药物保留在肺内衬稀薄的液体中，可提高药物的生物利用度[1-2,44]。

吸入抗菌药物，可在较长时间内保持局部药物浓度高于MIC[26]。对纳米颗粒进行修饰达到对细菌细胞膜的更好亲和力。尽管存在争议和缺乏临床证据，但纳米药物确实可改善药物跨生物学屏障(生物膜和/或黏液)的性能，更直接、持续地将药物转运到靶部位，提高抑菌活性，从而降低细菌耐药和反复感染[45]。多功能载体可实现不同功能活性药物的共递送。纳米技术的灵活性为对抗细菌耐药，尤其是治疗肺部细菌感染提供了更多的可能性。

3.2 肺部药物递送系统的要求 为提高抗菌药物治疗肺部感染效果的目的，药物必须主要沉积并在肺内发挥疗效。DDS应在改善药物生物利用度和体内吸收的同时实现高载药量和高包封率。此外，DDS应能满足同时递送多种活性药物，以协同提高治疗效果。进一步对DDS进行修饰，可增强其与目标部位的亲和力，降低不良反应。用于制备此类载体的材料应无毒、生物相容且可生物降解，在体内释药后可被清除[46]。

吸入装置和气溶胶的性能是影响吸入制剂肺内沉积的重要因素。根据药物制剂在肺内沉积和治疗的特定需求选择吸入装置(雾化器、定量吸入器和干粉吸入器)。空气动力学粒径大小在0.5～5 μm的微粒可被有效吸入并沉积在肺泡区域[47]。

纳米医学领域的重点已从制造简单装载药物的载体转移到设计具有所需特性的纳米载体，以实现特定的靶向功能，甚至可进行成像，从而更好地控制递送并克服生物屏障。但过于复杂的载药系统难以通过临床前研究，使得纳米药物无法真正运用到患者。目前还难以在大规模生产中制备多功能化载体。因此，寻找符合所需要求的药物赋形剂用于肺部递送抗菌药物是目前亟待解决的问题之一。与口服或胃肠道外途径相比，批准用于肺部递送药物的赋形剂非常有限，安全问题是开发吸入DDS的主要问题[1]。临床前研究中采用简单的策略，使用目前已批准制剂中的聚合物或对其进行修饰，来开发高载药量的递药系统达到改善治疗效果的目的。

值得注意的是，由于实际递送至肺部的载体量有限，因此在开发DDS时应优先考虑其载药量性能。尽管可通过优化工艺参数来实现包封率的最大化，但要实现足够高的载药量仍是困扰研究人员的难点，因此载药量是良好DDS的首要因素之一。

3.3 DDS与肺部生物屏障间的相互作用 PA是一种条件致病菌，慢性的PA感染在小气道中持续存在，可使CF患者反复出现PA感染[3]。尽管已经成功地将药物分子或载药DDS递送至靶部位，但由于肺部的生物屏障的存在可能会使其无法发挥作用。考虑到呼吸道细菌生物膜感染，限制药物转运的生物障碍包括细菌细胞膜、生物膜、黏液、黏膜生物膜和肺免疫调节剂等。由于最终目的是在克服细菌耐药的同时治疗生物膜感染，因此抗菌药物应能穿过上述屏障，并沉积在细胞膜或细菌细胞质中。普通的吸入制剂并不能满足该目的，因此需对传统的DDS进行改进修饰，以满足跨越肺部生物屏障的要求[2]。

通过改进DDS的粒径、电荷、表面化学性质和形态等可更好地透过生物屏障。具有良好的生物屏障穿透性能的颗粒都具有较小的粒径(100～200 nm粒径可兼顾转运和装载的性能)、良好的表面性质(PEG或两性离子修饰)和光滑的表面形态。研究表明粒径小于200 nm的球形PEG化纳米颗粒可穿透黏液和生物膜等生物屏障实现高效转运[48]。表面电中性、粒径较小的颗粒可延长体内的滞留时间，但表面修饰PEG或两性离子可能会降低颗粒表面的载药性能。因此在设计穿透生物屏障的DDS时应综合考虑各种因素。

肺部具有自身特殊的药物清除机制，当有外来异物进入肺部，自然的清除是不可避免的，因此DDS在肺内的滞留时间取决于肺部的清除。能够克服生物屏障的颗粒要么被细胞吸收，要么被肺泡巨噬细胞吞噬。气道上皮细胞为假复层纤毛柱状上皮，是黏膜纤毛清除的主要场所，药物经肺吸入后，被截留在肺黏膜处，黏液层保护的肺泡上皮细胞是难溶性药物发挥药效的主要屏障，只有穿过黏液层才能逃离纤毛的清除，到达肺泡上皮黏液层，发挥治疗效果[32,43]。黏液层与生物膜/黏膜生物膜也可以通过静电相互作用吸附颗粒[32]。DDS经肺部吸入，巨噬细胞识别纳米颗粒通过吞噬作用将其从肺中清除，也有部分纳米颗粒可能会黏附在上皮表面或巨噬细胞的细胞膜上。

4 治疗PA感染的肺部药物递送系统的研究现状

妥布霉素和多黏菌素E甲磺酸钠是临床上用于PA感染最常见的吸入抗菌药物。环丙沙星干粉吸入剂(dry powder inhalers，DPI)已在Ⅲ期临床研究中，显示出对治疗肺部PA感染良好的效果[7,49]。临床治疗时，在许多严重且耐药的CF相关感染病例中，DPI(特别是妥布霉素DPI)的功效仍受如何在感染病灶富集足够药物剂量的限制[50]。有限的疗效可能与药物的快速清除、渗透黏液和生物膜的能力较差以及药物在肺内微环境相互作用失活有关。因此除开发有效的抗菌药物递送系统外，还可通过一些最新的药物递送技术增强抗菌药物的治疗效果。

目前针对抗菌药物的递药系统研究较多，常用的载体包括脂质体；微乳和纳米乳；固体脂质纳米粒；聚合物颗粒，包括由合成聚合物制成的颗粒[如二氧化硅颗粒、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)颗粒]、由天然聚合物制成(如壳聚糖衍生物或海藻酸盐)以及金属纳米粒(如金、银、二氧化钛纳米粒)等都具有抗菌特性，目前已广泛开展用于防止细菌定植和清除微生物生物膜的相关研究[51-54]。考虑到PA感染需长期给药，可生物降解的材料应作为吸入给药载体的优选。

研究表明包封率和载药量是决定吸入DDS的关键因素之一。而粒径是另一个影响吸入DDS治疗效果的重要参数，提高载药量可能会增加载药系统的粒径。因此，尽管真正的纳米材料的粒径应小于100 nm，但实际应用中为装载更高剂量的药物常采用亚微米范围(即100～900 nm)。载药量较高的脂质体和聚合物颗粒粒径均大于500 nm，不利于穿透生物屏障，同时也是肺部清除机制的理想目标，除非将药物载体系统设计成可穿透生物屏障，否则在特定位置递送治疗药物将是遥不可及的。

4.1 脂质体 目前肺部给药DDS最常用的是脂质体，磷脂是肺泡表面的主要活性物质，而脂质体特殊的磷脂双分子层结构，使其生物相容性更高，且易于通过肺泡。可通过改变磷脂双分子层的组成来控制双分子层强度和表面性质来调节药物包封率和释放的稳定性[55]，常规制备的脂质体装载抗菌药物的最大载药量近60%，有望改善靶部位抗菌药物的生物利用度，从而提高治疗效果。与吸入游离药物溶液相比，将药物装载于脂质体可显著降低肺细胞内抗菌药物引起的不良反应。但是，这些载有抗菌药物的脂质体制剂只能通过降低MIC来稍微改善治疗效果。感染病灶药物的滞留时间没有得到明显改善，这可能是由于抗菌药物从脂质体中释放过快[56]。绝大多数抗菌药物在短时间内(10 min至2 h)累积释放达到100%[55]。由于药物分子和脂质体的非特异性结合造成药物的突释，进一步对脂质体进行修饰可能会防止此类问题，但修饰也可能会影响脂质体的稳定性。由微乳、纳米乳和固体脂质纳米粒装载的抗菌药物系统也是如此，但它们的载药量却远不如脂质体制剂。

4.2 聚合物纳米粒 聚合物纳米粒可与药物通过共价或非共价相结合，可更好的装载药物并控制释放，并可更好地防止药物的突释。对聚合物载体修饰可获得所需的DDS特性。然而，载药量仍是限制DDS用于治疗肺部感染领域的关键，通常吸入DDS的载药量在5%以下。因此，目前基于聚合物纳米粒的DDS尚未应用到患者。

载有单一抗菌药物的DDS并不会减少用于治疗感染的抗菌药物剂量；在某些情况下，甚至可能会增加剂量。尽管存在这些难点，但已开发的DDS在降低生物膜中细菌的生存力方面已显示出积极的结果，其药效超过了相应的游离药物。

新近研究的热点集中在开发同时递送多种活性药物的DDS，可增强互补治疗效果。多黏菌素B与不同分子量的聚(苯乙烯磺酸盐)制成含有多黏菌素B的聚合物纳米颗粒，结果显示对PA的抑制活性提高了10 000倍[57]。Brackman等[39]在环丙沙星脂质体中加入法尼醇(QSI)，结果显示环丙沙星最小生物膜清除浓度(MBEC)0.128 μg·mL-1，与环丙沙星MIC(0.125 μg·mL-1)基本相同。通过联合用药可减少抗菌药物的使用剂量，对于防止抗菌药物耐药性很重要。但是，目前尚未有体内研究显示可完全消除感染。

4.2.1 重组人脱氧核糖核酸酶Ⅰ功能化聚合物纳米粒 妥布霉素新型聚合物纳米递送系统，使用等温滴定量热法将妥布霉素装载于壳聚糖/海藻酸盐纳米复合微粒(NP)，结果显示该载药NP以剂量依赖的方式有效清除PA，特别是在PA感染前使用该NP进行预防性治疗可提供更长的抗菌药物保护期，生存率从游离药物的40%增加至80%。然后采用重组人脱氧核糖核酸酶Ⅰ(DNase)将妥布霉素NP功能化，证实DNA降解可改善NP对CF黏液的渗透性，能显著抑制细菌生物膜的形成，并呈浓度依赖性。该妥布霉素NP具有克服黏液屏障、增加局部药物浓度、避免全身性不良反应和改善CF预后的优势[9,50]。

4.2.2 海藻酸盐修饰聚合物纳米粒 在另一项研究中，采用海藻酸钠裂解酶对壳聚糖纳米颗粒进行功能化递送环丙沙星用于治疗CF患者的PA感染[58]。海藻酸盐是PA生物膜的关键组分，负责表面黏附和生物膜的稳定，其裂解酶可通过降解PA生物膜的海藻酸盐成分治疗肺部感染。FTIR证实环丙沙星与壳聚糖具有良好的相容性，将环丙沙星载入改性的壳聚糖NPs可延长局部MIC，并显著减少PA生物膜的聚集和形成[59]。Alhariri等[60-61]将铋-乙二硫醇(一种生物膜还原剂)混合物加入到妥布霉素脂质体中，结果显示该脂质体(LipoBiEDT-TOB)可有效破坏细菌的群体感应系统，明显降低脂肪酶、壳聚糖酶及蛋白水解酶的产生，与游离药物相比细菌计数CFU显著降低，提示LipoBiEDT-TOB可减少群体感应系统和毒力因子的产生，并改善CF患者的慢性肺部感染的治疗效果。

4.2.3 改性的壳聚糖聚合物纳米粒 近年来可生物降解DDS研究的重点放在多糖，尤其是壳聚糖，由于其具有黏膜黏附和抗菌活性而被大量使用。将壳聚糖加入制剂中，如壳聚糖基和壳聚糖包衣的PLGA颗粒可延长药物的生物利用度，且改善局部和全身药物的性能。除用于DDS增强黏膜黏附外，还可以对壳聚糖进行化学修饰，以治疗肺部生物膜感染。Kenawy等[62]合成了含对硝基苯甲醛的氨基化壳聚糖(AmCs-pNBA)用对硝基苯甲醛官能化的胺化壳聚糖。这种改性的壳聚糖不仅对生物膜具有活性，还具有抗氧化和抗菌活性。对硝基苯甲醛的取代度在最小化细胞毒性的同时优化了活性，提示在其他氨基官能化的可生物降解材料上也可探索这种方法[63]。Lu等[64]合成的功能化壳聚糖寡糖衍生物可释放一氧化氮(NO)，可使 PA感染的杀灭率≥99%。与现有的可生物降解的大分子NO供体相比，仲胺改性的壳聚糖低聚糖极大地增加了NO的有效负载，其水溶性使其能顺利穿透PA生物膜的胞外基质与包埋的细菌结合。这类壳聚糖低聚糖在生物膜方面的有效性取决于分子量和离子特性，低分子量和阳离子型的壳聚糖低聚糖可在整个生物膜上均与细菌快速结合，从而增强了对生物膜的杀灭作用[48]。FTIR证实环丙沙星与壳聚糖具有良好的相容性，将环丙沙星载入改性的壳聚糖NPs可延长局部MIC，并显著减少PA生物膜的聚集和形成。Alhariri等[59]将铋-乙二硫醇(一种生物膜还原剂)混合物加入妥布霉素脂质体中，结果显示该脂质体(LipoBiEDT-TOB)可有效破坏细菌的群体感应系统，明显降低脂肪酶、壳聚糖酶及蛋白水解酶的产生，与游离药物相比细菌计数CFU显著降低，提示LipoBiEDT-TOB可减少群体感应系统和毒力因子的产生，并改善CF患者的慢性肺部感染的治疗效果[65]。值得注意的是，从壳聚糖衍生物中释放的NO通过破坏和消除对PA生物膜具有双重活性，而单独使用妥布霉素不会改变生物膜的物理性质。

4.2.4 聚合物-抗菌药物偶联物 壳聚糖寡糖可通过简单的化学方法直接与抗菌药物偶联，还原不稳定的亚胺键。已证实将链霉素与水溶性天然多糖壳聚糖寡糖(COS)偶联在一起，COS-链霉素偶联物(COS-Strep)几乎不会影响革兰阳性菌的生物膜，却可有效地消除革兰阴性菌PA的生物膜。壳聚糖寡糖的聚合度影响COS-Strep的活性，偶联后PA生物膜对抗菌药物的敏感性增强可能与链霉素抑制MexX-MexY药物外排泵并下调生物膜外多糖的生物合成有关。提示将抗菌药物与壳聚糖寡糖共价连接可能有助于抑制细菌耐药性[65]。

聚合物-药物偶联物为DDS提供了潜在的优势：①增加溶解度并保护活性分子免受生物环境影响；②可设计用于刺激响应释放。开发新型抗菌药物既昂贵又耗时，使用聚合物改进现有药物是一种不错的选择。但是由于稳定性和功能性的要求，仅有少数可与聚合物欧联的抗菌药物[58]。天然多糖的材料(如纤维素醚或壳聚糖)具有丰富的可直接结合的活性官能团，与现有抗菌药物相比，此类偶联物的水溶性较好[61]。但这种化学结合也有明显的缺点，如天然聚合物在高温、酸性介质等反应条件会引起部分降解[63]。

5 结论

虽然针对PA感染，国内外研究人员投入了大量的精力，但至今仍只有少数几种药物被批准用于临床治疗。脂质体和聚合物是最常见抗菌药物递送载体，具有制备工艺简单、生物相容性和可生物降解，且在介质中相对稳定，可改善药物递送和药物抗菌活性。

目前已成功地采用处方设计和材料合成等方法实现药物的最大化装载和同时递送多种活性药物，以对抗细菌感染并防止细菌耐药，并在不同的生物学环境(如存在黏液或生物膜)评估了对细菌感染不同阶段的疗效。采用抗菌药物环丙沙星和QSI(法尼醇)共递送用于细菌生物膜感染的补充治疗，结果显示该方法可增强药物的抗菌活性，并减少抗菌药物的用量，从而避免细菌耐药。随着细菌耐药问题的不断上升，联合用药(如QSI或其他免疫调节剂)可能将是一种值得关注的方法。

聚合物-抗菌药物结合物和聚合物的修饰可控制药物在体内的释放，且在体外清除生物膜感染试验中增强了抗菌活性。但目前尚未有体内相关研究证实可完全清除肺部PA感染。此外，虽然吸入DDS治疗细菌生物膜感染具有较好的前景，但仍需对吸入制剂的特性进一步优化。同时安全性是吸入制剂研发过程中应重点关注的问题，不溶性颗粒或载体的沉积导致局部反应，通常粒径越小，其潜在毒性越大。未来新型吸入DDS制剂的研发应重点考虑安全性及制剂与肺部生物屏障(生物膜、黏液和巨噬细胞)间相互作用，更好的设计肺部药物递送系统处方工艺，以克服吸入制剂临床应用的难点。