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

在毒理學與藥效學研究的廣闊領域中，霧化給藥憑借其獨特的給藥方式，為藥物對呼吸系統潛在毒性的評估提供了前所未有的精準視角。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下的藥物暴露情況，從而精確評估藥物對呼吸系統的長期或短期影響。

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，霧化給藥更是展現出其獨特的價值。通過精確模擬人類呼吸系統疾病的發病機制和藥物作用過程，研究人員得以在動物模型中模擬人類呼吸系統疾病的病理生理變化，從而準確評估藥物在疾病狀態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和藥物的作用機制，更為藥物的臨床應用提供了堅實的理論基礎和實驗支持。

玉研儀器的全身暴露染毒系統，正是基于氣溶膠霧化給藥原理設計的一款先進實驗設備，采用動態循環暴露染毒的設計理念，搭配氣溶膠發生系統，為毒理學、藥效學和藥代動力學研究、動物建模等實驗提供了簡單、高效、穩定且高性價比的解決方案。其實驗結果已被廣泛認可為各種藥物、分子、顆粒物等毒性評價的重要指標，為藥物的研發和優化提供了有力的技術支持。

動物全身暴露染毒系統

給藥染毒流程

系統組成

系統功能與應用：

氣溶膠染毒：系統能夠將液體藥物、固態粉狀藥物、香煙煙霧和氣態化學物轉化為液體氣溶膠、粉塵氣溶膠、香煙煙霧或化學氣體，通過實驗動物的呼吸系統進行染毒或給藥，同時保持藥物的原有性質。

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境中，模擬呼吸系統疾病的發展過程，適用于慢性或亞慢性吸入毒理學和吸入病理學研究。

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

系統特點與組成部件：

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

自由活動設計：動物在實驗中可以自由活動，符合疾病自然發展規律。

氣溶膠吸入式給藥：首過消除效應低，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、霧化參數設定以及0-5LPM的持續供風系統。

持續供風與環境控制：能夠長時間為箱體內的動物提供新鮮空氣，同時保持箱體內的溫度和穩定二氧化碳含量。

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。

系統擴展性：系統可以擴展多個通道，具有高性價比，適合用于藥物篩選、安全評價等大規模實驗。

應用場景——華南理工大學生物醫學工程學院

近日，華南理工大學生物醫學工程學院毛成瓊教授課題組，在國際著名生物材料期刊Acta Biomaterialia發表了題為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胞的可吸入CRISPR/Cas9基因編輯系統，旨在調節葡萄糖代謝以緩解急性肺損傷（ALI）。該研究強調了免疫細胞代謝在炎癥中的作用，巨噬細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胞極化和細胞因子水平的改變皆表明了潛在的治療意義。這些發現不僅為ALI治療提供了見解，還有助于理解炎癥性疾病中的免疫細胞代謝。

急性肺損傷（ALI）是一種以快速發作的肺部炎癥為特征的嚴重呼吸系統疾病。ALI發病機制的核心是巨噬細胞功能障礙，其特征是促炎細胞因子過多和代謝活性向糖酵解的轉變。該研究強調了糖代謝在炎癥條件下免疫細胞功能中的重要作用，并確定了己糖激酶2 （HK2）是巨噬細胞代謝和炎癥的關鍵調節因子。鑒于HK2抑制劑的局限性，研究者提出了精確下調HK2的CRISPR/Cas9系統。研究者開發了一種可霧化的核殼脂質體納米平臺（CSNs），與CaP復合，用于有效的藥物裝載，靶向肺巨噬細胞。且合成了多種CSNs來封裝基于mRNA的CRISPR/Cas9系統（mCas9/gHK2），并在體外和體內的基因和蛋白水平上檢測了它們的基因編輯效率。CSN-mCas9/gHK2治療顯示巨噬細胞糖酵解和炎癥顯著減少。在LPS誘導的ALI小鼠模型中，吸入CSN-mCas9/gHK2減輕了促炎腫瘤微環境和肺部糖代謝重編程，為ALI預防和治療提供了一種方向。這項研究強調了將CRISPR/Cas9基因編輯與吸入給藥系統相結合，開發了用于有效的局部肺部疾病治療的潛力，強調了靶向基因調節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儀器的全身暴露系統（型號S - 5003M, Yuyan Instruments, Shanghai），氣溶膠霧化器通過醫用級導管連接到暴露箱體內。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。為了進行體內生物分布研究，在7 mL PBS中制備DiR-或Rhod -b標記的DOPS封裝在的 cap復合的CSNs（核殼脂質體納米平臺）中用于霧化。為了實驗目的，在7 mL PBS中加入200 μg mCas9和100 μg grna的CSNDOPS-mCas9/gHK2，同樣進行霧化處理。

結果顯示

ALI中觀察到的肺通透性增強可能潛在地增強了納米藥物通過肺內途徑的被動靶向遞送。本研究通過氣管內給藥LPS建立雙肺炎癥模型。隨后，ALI小鼠暴露于室內霧化器裝置產生的CSN-DiR氣溶膠中。生成的氣溶膠顆粒的空氣動力學直徑中位數約為2.4μm，幾何標準偏差為1.25，屬于肺深部沉積的理想尺寸范圍。研究者發現吸入的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）。流式細胞術分析發現，肺泡巨噬細胞（AMs）是捕獲CSNs的主要細胞類型，而不是樹突狀細胞（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誘導的ALI

研究者進一步研究了霧化吸入CSNmCas9/gHK2前藥對LPS誘導的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儀器的全身暴露系統在LPS誘導8 h后進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，結果顯示LPS+PBS處理小鼠的蛋白質濃度顯著升高，隨后在給藥CSN-mCas9/gHK2后逐漸降低。

                                                 圖2

ALI的發病機制涉及血管炎癥和中性粒細胞驅動的炎癥反應。由活化的巨噬細胞引發的中性粒細胞流入肺部，對ALI的嚴重程度和進展至關重要。該研究表明，BALF中總中性粒細胞計數顯著下降，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節免疫細胞代謝和炎癥。

上海玉研儀器的全身暴露系統在評估CSNmCas9/gHK2治療急性肺損傷（ALI）的實驗中發揮了關鍵作用。該系統通過霧化給藥技術，將CSNmCas9/gHK2送達肺部，增強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。

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動物口鼻暴露系統

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

口鼻暴露系統可在模擬吸入氣溶膠的過程基礎上開展生命科學相關科研工作，適合對各類實驗動物進行口鼻部給藥、口鼻部吸入式暴露的實驗，系統氣密性好，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，提高實驗數據的準確性和重現性。

一、直接作用于目標部位，提高藥物評估準確性

口鼻暴露系統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疾病的研究中尤為重要。藥物直接作用于目標部位，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的分布，從而降低了非目標部位的副作用風險。這使得研究人員能夠更準確地評估藥物在呼吸系統疾病中的治療效果和安全性。

二、系統適用性強，滿足不同實驗需求

該系統具備多種型號和靈活的配置選項，以適應不同實驗需求。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行口鼻暴露實驗。此外，系統還可以根據實驗需求進行個性化配置，如添加氣溶膠濃度檢測裝置、顆粒監測裝置等，以提供更全面的實驗數據支持。

三、先進的霧化技術和氣溶膠發生器

口鼻暴露系統采用了先進的霧化技術和氣溶膠發生器，確保藥物以極細的霧化顆粒形式進入動物體內。這種細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，從而增強治療效果。同時，系統還具備循環換氣功能，確保實驗環境的穩定和舒適，降低對實驗動物的應激反應。

此套系統主要應用于呼吸疾病基礎研究，可測試各種不同的物質，如藥物，大氣污染物，PM2.5，有機物質，工業衛生，農業化學品等。可進行急性染毒、慢性染毒等多種氣體染毒實驗。廣泛應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、環境安全評價、PM2.5研究、化學品和農藥安全評價、放射性物質危害評估、軍事醫學、航天醫學等領域。

肺部霧化給藥裝置

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

技術優勢：

先進的液體霧化技術：通過精密設計和高效操作機制，90%藥物霧化直徑＜30μm（液體），迅速且均勻地將液體藥物轉化為微小霧狀顆粒，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確性：氣管內直接給藥，無首關消除，藥物全身效應小，確保藥物直接且均勻地覆蓋目標細胞、組織或樣本，實現局部或系統疾病的治療。

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確性，確保實驗的重復性。

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

設計與材料：采用優質材料制造，確保給藥過程的安全性和穩定性。

操作簡便：易于清洗和維護，降低實驗人員的工作負擔。

應用領域：

評估藥物療效：適用于評估藥物對肺部疾病（如哮喘、慢性阻塞性肺病）的療效和安全性。

模擬肺部疾病：通過直接霧化藥物進入肺部，模擬人類肺部疾病的發生和發展過程。

動物模型制作和呼吸功能檢測：廣泛應用于相關實驗，為疾病預防和治療提供參考。

用戶名單

北京大學醫學部

北京中醫藥大學

武漢大學

中山大學

山東大學

中國藥科大學

成都中醫藥大學

南京中醫藥大學

廣州醫科大學

福建醫科大學

沈陽藥科大學

河海大學

江南大學

黑龍江醫科大學

云南民族大學

西交利物浦大學

江漢大學

北京生命科學研究所

昌平國家實驗室

上海市臨床檢驗中心

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四川大學華西醫院

浙江大學醫學院附屬第一醫院

中南大學湘雅醫院

大坪醫院

江蘇先聲藥業有限公司

上海藥明生物技術有限公司

杭州先為達生物科技有限公司

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

青島海華生物醫藥技術有限公司

天津谷堆生物醫藥科技有限公司

廣州市君威科學儀器有限公司

上海賽增醫療科技有限公司

中科檢測技術服務（廣州）股份有限公司

文獻列表

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.

6. Lu C, Wang F, Liu Q, Deng M, Yang X, Ma P. Effect of NO2 exposure on airway inflammation and oxidative stress in asthmatic mice [published online ahead of print, 2023 Jun 7]. J Hazard Mater. 2023;457:131787. doi:10.1016/j.jhazmat.2023.131787

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

8. Ye S, Li S, Ma Y, et al. Ambient NO2 exposure induces migraine in rats: Evidence, mechanisms and interventions. Sci Total Environ. 2022;844:157102. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.157102

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