Amorphous Drug Nanoparticles for Inhalation Therapy of Multidrug-Resistant Tuberculosis

基岩 体内 药品 药理学 肺结核 纳米载体 药物输送 化学 医学 结核分枝杆菌 材料科学 纳米技术 生物 病理 生物技术
作者
David Rudolph,Natalja Redinger,Katharina Schwarz,Feng Li,Gabriela Hädrich,Michaela Cohrs,Lea Ann Dailey,Ulrich E. Schaible,Claus Feldmann
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (10): 9478-9486 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c01664
摘要

Tuberculosis (TB) is one of the most prevalent infectious diseases. The global TB situation is further complicated by increasing patient numbers infected with Mycobacterium tuberculosis (M.tb.) strains resistant to either one or two of the first-line therapeutics, promoted by insufficient treatment length and/or drug levels due to adverse reactions and reduced patient compliance. An intriguing approach to improve anti-TB therapy relates to nanocarrier-based drug-delivery systems, which enhance local drug concentrations at infection sites without systemic toxicity. Recently developed anti-TB antibiotics, however, are lipophilic and difficult to transport in aqueous systems. Here, the very lipophilic TB-antibiotics bedaquiline (BDQ) and BTZ (1,3-benzothiazin-4-one 043) are prepared as high-dose, amorphous nanoparticles via a solvent-antisolvent technique. The nanoparticles exhibit mean diameters of 60 ± 13 nm (BDQ) and 62 ± 44 nm (BTZ) and have an extraordinarily high drug load with 69% BDQ and >99% BTZ of total nanoparticle mass plus a certain amount of surfactant (31% for BDQ, <1% for BTZ) to make the lipophilic drugs water-dispersible. Suspensions with high drug load (4.1 mg/mL BDQ, 4.2 mg/mL BTZ) are stable for several weeks. In vitro and in vivo studies employing M.tb.-infected macrophages and susceptible C3HeB/FeJ mice show promising activity, which outperforms conventional BDQ/BTZ solutions (in DMF or DMSO) with an up to 50% higher efficacy upon pulmonary delivery. In vitro, the BDQ/BTZ nanoparticles demonstrate their ability to cross the different biological barriers and to reach the site of the intracellular mycobacteria. In vivo, high amounts of the BDQ/BTZ nanoparticles are found in the lung and specifically inside granulomas, whereas only low BDQ/BTZ-nanoparticle levels are observed in spleen or liver. Thus, pulmonary delivered BDQ/BTZ nanoparticles are promising formulations to improve antituberculosis treatment.
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