CN116113410A - 包含羟氯喹的药物组合物及其用途 - Google Patents

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Abstract

一种药物组合物，其包含羟氯喹或其药学上可接受的盐，和溶剂，其中所述药物组合物包含1mg/mL至400mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐，其中所述溶剂选自丙二醇、甘油、丙烷‑1,3‑二醇和水或它们的组合，并且其中所述药物组合物用于热雾化。一种药物组合物，其包含羟氯喹或其药学上可接受的盐，其在治疗或预防病毒性肺部感染中使用，其中所述药物组合物通过口服吸入施用。

Description

包含羟氯喹的药物组合物及其用途
技术领域
本发明涉及包含羟氯喹的药物组合物及其用途。更具体地，本发明涉及包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物，其在治疗或预防病毒性肺部感染中使用，该病毒性肺部感染优选由β冠状病毒，包括但不限于2019-nCoV(冠状病毒)、SARS-CoV和中东呼吸综合征CoV(MERS-CoV)引起，其中药物组合物通过吸入施用。
背景技术
最近的出版物，包括P.Colson等人，Chloroquine for the 2019novelcoronavirus SARS-CoV-2Int.J.Antimicrob.Agents(2020)；J.Gao等人，Breakthrough:chloroquine phosphate has shown apparent efficacy in treatment of COVID-19associated pneumonia in clinical studies Biosci.Trends(2020)；和Liu,J.等人，Hydroxychloroquine,a less toxic derivative of chloroquine,is effective ininhibiting SARS-CoV-2infection in vitro.Cell Discov 6,16(2020)引起了人们对广泛使用的抗疟药氯喹(CQ)在治疗感染新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的患者中的可能益处的关注。M.Wang等人，Remdesivir and chloroquine effectively inhibit the recentlyemerged novel coronavirus(2019-nCoV)in vitro.Cell Res.2020,30(3):269-271提供了体外研究，其中发现氯喹在低微摩尔浓度下阻断COVID-19感染，半最大有效浓度(EC50)为1.13μM。在Yao,X.等人，In vitro antiviral activity and projection of optimizeddosing design of hydroxychloroquine for the treatment of severe acuterespiratory syndrome coronavirus 2(SARS-CoV-2).Clin.Infect.Dis.2020中，在用SARS-CoV-2临床分离株感染的Vero细胞上测试了用于治疗和预防用途的羟氯喹的抗病毒活性。羟氯喹在24和48小时的EC50值分别为6.14和0.72μM。
针对COVID-19的假定作用机制可总结如下。氯喹化合物可干扰血管紧张素转化酶2(ACE2)的糖基化并降低宿主细胞上的ACE2与冠状病毒表面上的刺突蛋白之间的结合效率。它们还可增加核内体和溶酶体的pH，从而阻止病毒与宿主细胞的融合过程和随后的复制。当羟氯喹进入抗原呈递细胞时，它阻止抗原加工和主要组织相容性复合物II类介导的自身抗原呈递至T细胞。随后T细胞的活化以及CD154和其他细胞因子的表达被抑制。此外，氯喹破坏了DNA/RNA与Toll样受体和核酸传感器环状GMP-AMP合酶的相互作用，因此不能刺激促炎基因的转录。因此，施用羟氯喹不仅阻断了冠状病毒的侵袭和复制，而且减弱了细胞因子风暴的可能性，如
Figure BDA0004108959780000021
 Fa等人，Pharmacological aspects and clues for therational use of Chloroquine/Hydroxychloroquine facing the therapeuticchallenges of COVID-19pandemic；Lat Am J Clin Sci Med Technol.2020年4月；2:28-34和Zhou D等人，COVID-19:arecommendation to examine the effect ofhydroxychloroquine in preventing infection and progression；J AntimicrobChemother.2020中所示。如Xue J等人，Chloroquine Is a Zinc Ionophore.PLoS ONE 9(10),2014中所公开，氯喹化合物也是A2780细胞中的锌离子载体，将锌靶向溶酶体，以及来自Baric RS等人，Zn(2+)inhibits coronavirus and arterivirus RNA polymeraseactivity in vitro and zinc ionophores block the replication of these virusesin cell culture.PLoS Pathog.2010；6(11)，已知锌具有抗病毒特性并且可抑制细胞中冠状病毒的复制。
羟氯喹是在人体内具有长终末消除半衰期的双质子碱。通过使用磷酸氯喹的基于生理学的药代动力学模型，直到COVID-19的临床恢复期的250mg的口服日剂量已经成为临床试验的主题(R.Stahlmann等人，Medication for COVID-19–an overview ofapproaches currently under study,Arztebl.117(13)(2020)213–219)。然而，治疗剂量和毒性剂量之间的差距很小，并且氯喹中毒已经导致危及生命的心血管病症，如M.Frisk-Holmberg等人，Chloroquine intoxication[letter]Br.J.Clin.Pharmacol.,15(1983)，第502-503页中所证明。氯喹化合物的使用也导致了罕见但潜在致命的事件，包括严重的皮肤不良反应(Murphy M等人，Fatal toxic epidermal necrolysis associated withhydroxychloroquine,Clin Exp Dermatol2001；26:457-8)；暴发性肝衰竭(Makin AJ等人，Fulminant hepatic failure secondary to hydroxychloroquine,Gut 1994；35:569-70)；和室性心律失常(特别是与阿奇霉素(azithromycin)合用时)(Chorin E,Dai M,Shulman E等人，The QT interval in patients with SARS-CoV-2infection treatedwith hydroxychloroquine/azithromycin,medRxiv 2020.04.02)。因此，如果需要高口服剂量的氯喹化合物以达到较高的总未结合肺浓度，则可能出现严重的副作用和毒性。Fan等人(Connecting hydroxychloroquine in vitro antiviral activity to in vivoconcentration for prediction of antiviral effect:acritical step in treatingCOVID-19patients,Clin.Infect.Diseases，2020年5月)的初步分析，其将用于治疗COVID-19的体外治疗浓度外推至体内治疗浓度，已经表明肺间质液浓度远低于文献中的体外EC50/EC90值，使得用安全的口服给药方案不可能实现抗SARS-CoV-2的抗病毒作用。此外，尽管已经显示病毒摄取到呼吸道内层的细胞中发生在衬有上皮细胞衬液的呼吸道顶端表面(Sungnak等人，SARS-CoV-2entry factors are highly expressed in nasal epithelialcells together with innate immune genes；Nature,26,681-687(2020)，尚不清楚口服施用的氯喹在呼吸道的上皮细胞衬液和上皮细胞中的浓度。
羟氯喹可通过各种途径给药。用羟氯喹口服治疗与严重的副作用和毒性有关。为了在目标部位，即肺表面达到治疗浓度，已经发现必须施用相对高剂量的药物，导致所施用剂量的相当大部分在其他器官中累积。由于组织暴露增加，治疗剂量和毒性剂量之间的差距很小。Klimke等人(Hydroxychloroquine as an aerosol might markedly reduce andeven prevent severe clinical symptoms after SARS-CoV-2infection,MedicalHypotheses142(2020))，假设羟氯喹和呈气溶胶形式的氯喹可能是使可导致严重不良反应的羟氯喹的全身浓度降至最低的有效方式。然而，该论文纯粹是假设性的，并且没有说明如何或是否可以将羟氯喹作为气溶胶配制并给药，也没有评估雾化制剂是否将有效浓度的羟氯喹递送至肺，同时使药物的全身浓度降至最低。
因此，显然需要能够安全有效地向受试者递送羟氯喹或其药学上可接受的盐的改进的药物组合物。
发明内容
本发明提供了包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物。药物组合物包含用于溶解羟氯喹或其药学上可接受的盐的溶剂。羟氯喹的药学上可接受的盐可以是磷酸盐、硫酸盐和/或盐酸盐。例如，药学上可接受的盐可以是羟氯喹二磷酸盐(C18H26ClN3O·2H3PO4)。优选地，羟氯喹呈游离碱的形式。药物组合物优选为包含1mg/mL至110mg/mL羟氯喹或其药学上可接受的盐的液体。
有利地，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可提供用于以最小全身性暴露递送到受试者的肺中的有效制剂。更具体地，药物组合物可实现肺中等于或高于EC50的羟氯喹的肺未结合谷浓度，而不显著增加其他器官例如血液、肝脏、心脏和肾脏中的氯喹或羟氯喹浓度。这有利地使得羟氯喹或其药学上可接受的盐能够达到治疗性肺浓度，同时保持最小的全身性暴露。此外，本发明的药物组合物可有利地使得能够递送更高的剂量或延长使用羟氯喹或其药学上可接受的盐以增加或维持治疗性肺浓度。
本发明的药物组合物可包含至少约1mg/mL、至少约5mg/mL、至少约10mg/mL、至少约15mg/mL、至少约20mg/mL、至少约25mg/mL、至少约30mg/mL、至少约35mg/mL、至少约40mg/mL、至少约45mg/mL、至少约50mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
本发明的药物组合物可包含不超过约400mg/mL、不超过约375mg/mL、不超过约350mg/mL、不超过约325mg/mL、不超过约300mg/mL、不超过约275mg/mL、不超过约250mg/mL、不超过约225mg/mL、不超过约200mg/mL、不超过约175mg/mL、不超过约150mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
本发明的药物组合物可包含约1mg/mL至约400mg/mL、约5mg/mL至约375mg/mL、约10mg/mL至约350mg/mL、约15mg/mL至约325mg/mL、约20mg/mL至约300mg/mL、约25mg/mL至约275mg/mL、约30mg/mL至约250mg/mL、约35mg/mL至约225mg/mL、约40mg/mL至约200mg/mL、约45mg/mL至约175mg/mL、约50mg/mL至约150mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
另选地，本发明的药物组合物可包含1mg/mL至110mg/mL、20mg/mL至105mg/mL，优选40mg/mL至100mg/mL，更优选60mg/mL至90mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。药物组合物可包含给定端点的任何范围，例如但不限于10mg/mL至40mg/mL、20mg/mL至30mg/mL和/或30mg/mL至50mg/mL。有利地，该浓度范围可提供用于递送到肺部的治疗有效剂量，该治疗有效剂量与已知组合物相比需要更少的羟氯喹。
优选地，药物组合物可包含羟氯喹或其药学上可接受的盐，和溶剂，其中药物组合物包含1mg/mL至110mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
优选地，药物组合物可包含选自丙二醇、甘油和水或它们的组合的溶剂。丙二醇及其IUPAC名称丙烷-1,2-二醇可互换使用。溶剂也可以是丙烷-1,3-二醇。可使用其他药学上可接受的溶剂，条件是它们在40℃和大气压(～100kPa)下溶解氯喹并且在约150至约300℃的温度下稳定。
溶剂可包含20％、25％、30％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％的丙二醇；0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％的甘油；和/或0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％的水或它们的任何组合。
当溶剂包含丙二醇和水的组合时，溶剂可包含约85％、约90％、约95％的丙二醇和约5％、约10％、约15％的水。优选地，溶剂可包含约15％的水和约85％的丙二醇。更优选地，溶剂可包含约5％的水和约95％的丙二醇。最优选地，溶剂可包含约10％的水和约90％的丙二醇。
溶剂可包含约90％的丙二醇和约10％的甘油。
当溶剂包含丙二醇、甘油和水的组合时，溶剂可包含至少约45％的丙二醇、至少约15％的甘油和至少约5％的水。
当溶剂包含丙二醇、甘油和水的组合时，溶剂可包含不超过约75％的丙二醇、不超过约45％的甘油和不超过约10％的水。
当溶剂包含丙二醇、甘油和水的组合时，溶剂可包含约45％至约75％的丙二醇、约15％至约45％的甘油和约5％至约10％的水。优选地，溶剂可包含约10％的水、约45％的丙二醇和约45％的甘油。更优选地，溶剂可包含约10％的水、约75％的丙二醇和约15％的甘油。最优选地，溶剂可包含约5％的水、约75％的丙二醇和约20％的甘油。
有利地，通过改变溶剂的比例，可改善羟氯喹或其药学上可接受的盐的溶解度和/或稳定性。
如本文所用，术语“甘油”和“丙三醇”是彼此的同义词，因此可互换使用。
在一个优选的实施方案中，本发明的药物组合物不包含推进剂。推进剂可包括但不限于四氟乙烷、五氟乙烷、六氟乙烷、七氟乙烷、七氟丙烷中的一种或多种。
优选地，药物组合物可被热雾化。令人惊讶的是，羟氯喹或其药学上可接受的盐通过热蒸发转移到液体气溶胶中。因此，热雾化的药物组合物可用于以最小全身性暴露向肺部提供有效剂量的羟氯喹或其药学上可接受的盐。热蒸发可在高温下，例如在100℃和300℃之间，优选在150℃和250℃之间，更优选在200℃和220℃之间进行。有利地，与非热液体雾化(例如雾化)相比，热蒸发可提供用于递送到肺部的更合适的粒度，从而提供改善的羟氯喹向肺部的递送而不分解羟氯喹或其药学上可接受的盐的额外益处。此外，热蒸发可提供从药物组合物到热雾化的药物组合物的高转移效率。转移效率可以是60-100％；70-100％；80-100％或90-100％。有利地，高转移效率可提供用于吸入的高负荷雾化剂量，从而减少向肺部递送有效剂量的羟氯喹或其药学上可接受的盐所需的吸入次数。根据本发明的药物组合物可用于热雾化。另选地，将根据本发明的药物组合物热雾化。
本发明还提供了一种包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物，其在治疗或预防病毒性肺部感染中使用。治疗可包括预防性和/或治疗性治疗。例如，治疗可包括改善患有病毒性肺部感染的受试者的病状和/或治愈患有病毒性肺部感染的受试者。治疗还可包括预防病毒性肺部感染，例如阻止病毒性肺部感染的进展或阻止病毒性肺部感染的发生。病毒性肺部感染可以是肺炎或由病毒感染引起的炎症。病毒性肺部感染可影响一个或两个肺部。
包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可用于治疗或预防病毒性肺部感染。用于治疗或预防病毒性肺部感染的药物组合物可通过吸入，优选口服吸入施用。如本文所用，术语“吸入”描述呼吸到受试者肺部中的动作。尽管优选口服吸入，但吸入也可包括经鼻吸入或通过插管吸入，例如通过将气管内导管插入口中或经由气管造口术。有利地，通过吸入施用根据本发明的药物组合物能够将羟氯喹或其药学上可接受的盐直接递送到受试者的肺部，从而限制全身性暴露。与固体口服施用相反，将羟氯喹或其药学上可接受的盐直接递送到肺部可提供需要施用较少羟氯喹以实现相当的治疗效果的额外优点。另外，通过吸入施用可有利地提供所需的总肺未结合浓度，而不增加羟氯喹或其药学上可接受的盐在除肺以外的器官(例如心脏、肝脏、肾脏)中的不期望的累积。这是因为吸入的羟氯喹或其药学上可接受的盐的剂量可以最小全身性暴露达到羟氯喹的治疗性肺浓度。反过来，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物在治疗或预防病毒性肺部感染中的用途可能不限于其递送更高剂量或延长使用以进一步增加肺部浓度的能力。作为另外的益处，通过吸入施用通过使给药方案能够针对受试者个体化而提供更大的灵活性。
优选地，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可用于治疗由β冠状病毒，包括但不限于2019-nCoV(冠状病毒)、SARS-CoV和中东呼吸综合征CoV(MERS-CoV)引起的病毒性肺部感染。优选地，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可用于治疗或预防COVID-19。COVID-19可由冠状病毒，例如SARS-CoV-2引起。更具体地，COVID-19可由新型冠状病毒(2019-nCoV)引起，其与严重急性呼吸综合征CoV(SARS-CoV)密切相关。
优选地，用于治疗或预防病毒性肺部感染的包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可以日剂量施用。如本文所用，术语“每日”应理解为意指每天，例如在24小时内。日剂量涉及在24小时内向受试者施用的羟氯喹或其药学上可接受的盐的总量。
“日剂量”可以是“负荷剂量”；“维持剂量”或它们的组合。如本文所用，术语“负荷剂量”涉及在受试者中快速达到羟氯喹的有效肺浓度，例如EC50或EC90的剂量。术语“维持剂量”涉及能够在延长的时间段(例如大于3天)内，在受试者中维持羟氯喹的有效肺浓度，例如EC50或EC90的剂量。维持期可以是受试者从病毒性肺部感染中基本恢复所需的任何时期，并且可以是1周至数年。例如，维持期可选自1、2、3或4周；1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个月；或1或2年。在特殊情况下，维持期可超过2年。
优选地，日剂量可小于200mg、小于150mg或小于100mg。更优选地，日剂量可包含0.01mg至50mg，优选0.05mg至40mg，优选0.1mg至30mg，优选0.5mg至20mg，优选1至10mg，或优选1.5mg至5mg的羟氯喹或其药学上可接受的盐。日剂量可包含给定端点的任何范围，例如但不限于0.05mg至20mg、0.05mg至10mg、1mg至50mg。有利地，这些日剂量可以最小全身性暴露提供羟氯喹或其药学上可接受的盐的治疗性肺浓度。
优选地，负荷剂量可包含5mg至50mg、6mg至45mg、7mg至40mg、8mg至35mg、9mg至30mg、10mg至25mg的羟氯喹或其药学上可接受的盐。负荷剂量可包含给定端点的任何范围。有利地，负荷剂量可提供快速达到治疗病毒性肺部感染所需的氯喹的有效肺浓度，例如EC50或EC90最初所需的治疗浓度。
优选地，维持剂量可包含0.01mg至15mg、0.05mg至12mg、0.01mg至10mg、0.5mg至8mg、1至6mg、1.5mg至5mg的羟氯喹或其药学上可接受的盐。维持剂量可包含给定端点的任何范围。有利地，维持剂量可在治疗或预防病毒性肺部感染所需的延长的时间段内维持羟氯喹的有效肺浓度，例如EC50或EC90。
优选地，至少一个负荷剂量之后是至少一个维持剂量。更优选地，负荷剂量高于每日维持剂量。
优选地，日剂量可在至少一个疗程中施用。当日剂量包括至少两个疗程时，该疗程可由十二小时、十小时、八小时、七小时或六小时的间隔分开。有利地，至少两个疗程的施用提供了羟氯喹或其药学上可接受的盐的更可控的施用。优选地，日剂量包括由六小时的间隔分开的三个疗程。
该疗程可包括施用至少一个固定剂量。如本文所用，术语“固定剂量”定义了在单次吸入中从气溶胶生成装置分配的羟氯喹或其药学上可接受的盐的特定剂量。一个疗程可包含1-20、2-19、3-18、4-17、5-16、6-15、7-14、8-13、9-12、10-11个固定剂量。该疗程可包含给定端点的任何范围的固定剂量。
优选地，固定剂量可以是计量剂量。术语“计量剂量”定义了在单次吸入中从气溶胶生成装置分配的羟氯喹或其药学上可接受的盐的固定剂量，其中固定剂量由气溶胶生成装置调节。有利地，这可确保以受控和一致的方式施用治疗有效剂量的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
优选地，药物组合物可以液体气溶胶形式施用。优选地，药物组合物可被热雾化。液体气溶胶可通过在高温下，例如在100℃和300℃之间，优选在150℃和250℃之间，更优选在200℃和220℃之间热蒸发药物组合物来提供。有利地，液体气溶胶可提供合适的粒度，其具有在肺部中提供高有效药物浓度而不分解羟氯喹或其药学上可接受的盐的额外益处。此外，由于药物组合物的高转移效率，液体气溶胶可含有高浓度的羟氯喹或其药学上可接受的盐。有利地，这可提供用于吸入的高负荷雾化剂量，从而减少向肺部递送有效剂量的羟氯喹或其药学上可接受的盐所需的吸入次数。
优选地，液体气溶胶的质量中值空气动力学直径(MMAD)可以是1至10μm，优选1至5μm，更优选1至3μm，例如1μm、2μm和/或3μm，或其间的任何分数。此外，几何标准偏差(GSD)可以是1至3，优选1至1.5。有利地，这可以为羟氯喹或药学上可接受的盐提供合适的粒度和/或分布以到达受试者的肺泡并沉积在受试者的肺泡中，从而在肺中提供有效浓度的羟氯喹。
如本文所用，术语“沉积剂量”定义了沉积在肺中的羟氯喹或其药学上可接受的盐的量。优选地，本发明的药物组合物的沉积剂量可以是固定剂量的20％至70％。更优选地，沉积剂量可以是固定剂量的25％至60％、30％至50％、35％至40％。有利地，这可以使羟氯喹更有效地直接递送至肺，从而减少受试者所需的吸入次数并减少吸入期间无意摄取液体气溶胶而导致的全身暴露的风险。
优选地，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可用于治疗或预防哺乳动物或禽类受试者的病毒性肺部感染。哺乳动物受试者可以是人受试者、灵长类动物、啮齿类动物、蝙蝠、食肉动物，例如狗或猫，例如家猫。
根据本发明，受试者可能处于患有COVID-19的风险。例如，受试者还可能由于旅行(尤其是从高风险地区旅行)、与COVID-19阳性测试的受试者直接接触和/或访问公共或共享空间而处于患有COVID-19的风险。受试者可能由于身体共病而处于风险中，该身体共病诸如癌症、慢性肾病COPD(慢性阻塞性肺病)、来自实体器官移植的免疫受损状态(免疫系统减弱)、肥胖症(体重指数[BMI]为30或更高)、严重心脏病症，诸如心力衰竭、冠状动脉疾病或心肌病、镰状细胞疾病和/或2型糖尿病。受试者还可能由于哮喘(中度至重度)、脑血管疾病(影响血管和脑供血)、囊性纤维化、血压过高或高血压、来自血液或骨髓移植的免疫受损状态(免疫系统减弱)、免疫缺陷、HIV、皮质类固醇的使用或其他免疫减弱药物的使用、神经病症(诸如痴呆)、肝病、妊娠、肺纤维化(具有受损或瘢痕肺组织)、吸烟、地中海贫血(一种血液病症)和/或1型糖尿病而处于风险中。此外，受试者还可能由于年龄超过50岁、年龄超过60岁、年龄超过70岁、年龄超过80岁和/或年龄超过90岁而处于风险中。
受试者可能表现出患有COVID-19的症状，例如发热、干咳、味觉丧失和/或疲劳；和/或不太常见的症状，例如，疼痛(aches/pains)、喉咙痛、腹泻、结膜炎、头痛、味觉或嗅觉丧失，和/或皮肤上的皮疹，或手指或脚趾变色。
受试者可以是COVID-19阳性，如通过例如PCR测试所确认。
有利地，通过吸入施用的用于治疗或预防受试者的病毒性肺部感染的包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可特别有益于处于患有COVID-19和/或表现出患有COVID-19的症状和/或COVID-19测试呈阳性的风险中的受试者，因为可能滴定剂量使得它们适合于治疗或预防而不会不必要地使受试者暴露于潜在毒性全身水平的羟氯喹。
优选地，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可用于治疗或预防病毒性肺部感染，其中该药物组合物通过吸入施用，并且其中受试者中羟氯喹或其药学上可接受的盐的总肺未结合浓度在100ng/mL至3000ng/mL之间。
优选地，包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物可用于治疗或预防病毒性肺部感染，其中受试者中羟氯喹或其药学上可接受的盐的血液浓度低于375.15ng/mL，并且心脏浓度低于7760.42ng/mL。
本发明还提供了包含本发明的药物组合物的气溶胶生成装置。优选地，气溶胶生成装置包括：包含药物组合物的筒；用于加热药物组合物的加热元件；用于向加热元件供电的电源；和接口管。气溶胶生成装置可以是适于向受试者递送液体气溶胶的口服递送装置。气溶胶生成装置可包括加热元件；电源；和接口管。气溶胶生成装置可包括含有本发明的药物组合物的筒。有利地，气溶胶生成装置可提供本发明的药物组合物的便利递送方式。
气溶胶生成装置可以是独立的装置，或者它可形成另一装置诸如呼吸机的一部分。
优选地，气溶胶生成装置可包括用于对药物组合物的固定剂量进行计量的元件。有利地，用于对固定剂量进行计量的元件可确保以受控和一致的方式施用治疗有效剂量的氯喹或其药学上可接受的盐。另外，计量元件可提供更大的灵活性和可靠性，允许给药方案针对受试者进行个体化。
本发明还提供了用于气溶胶生成装置的筒，该筒包含根据本发明的药物组合物。优选地，该筒可包括被构造成从药物组合物生成气溶胶的雾化器。优选地，该筒可以是可更换的。
本发明还提供了用于形成气溶胶的方法，该气溶胶包含根据本发明的药物组合物，其中该方法包括将药物组合物蒸发以形成气溶胶的步骤。优选地，将根据本发明的药物组合物热蒸发的步骤发生在100℃和300℃之间，优选150℃和250℃之间，更优选200℃和220℃之间。
本发明还提供了治疗病毒性肺部感染的方法，该病毒性肺部感染优选由β冠状病毒，例如2019-nCoV(冠状病毒)、SARS-CoV和中东呼吸综合征CoV(MERS-CoV)引起，该方法包括通过吸入施用包含羟氯喹或其药学上可接受的盐的药物组合物。
该方法还提供了羟氯喹或其药学上可接受的盐在制备用于治疗病毒性肺部感染的药物中的用途，该病毒性肺部感染优选由β冠状病毒，例如2019-nCoV(冠状病毒)、SARS-CoV和中东呼吸综合征CoV(MERS-CoV)引起，其中该药物通过吸入，优选口服吸入施用。
本发明还提供了一种气溶胶生成系统，该气溶胶生成系统包含：根据本发明的药物组合物；和被构造成从药物组合物生成气溶胶的雾化器。
附图说明
图1示出用于COVID-19治疗的氯喹的暴露阶段、疾病发作和肺部递送范围。
图2提供了(A)用于使用网状系统测试羟氯喹(HCQ)的雾化的程序，其中HCQ以40mg/mL的最终浓度溶解在丙二醇(PG)中；(B)使用WO2018153608(A1)中描述的气溶胶生成器装置测量HCQ的雾化的仪器装置，该气溶胶生成器装置耦接到与和Q Exactive HF高分辨率精确质谱仪接口的SUPER SESI连接的PDSP泵；以及(C)用于转移速率评估的方法。
图3示出连接到用于测量气溶胶颗粒直径的空气动力学粒度仪的气溶胶生成装置的示意性布局。
图4示出来自热雾化的氯喹(CQ)和羟氯喹(HCQ)气溶胶的生成和表征，包括(A)粒度测量；和(B)从装置每次抽吸转移的CQ和HCQ的量。
图5提供了捕获在Cambridge垫过滤嘴中的HCQ的空白样品和气溶胶样品的LC-HR-MS分析。(A)空白样品显示来自柱的少量峰(背景污染)，(B)HCQ样品的总离子电流显示保留时间为2.69min的清晰峰，(C)来自HCQ样品的羟氯喹的精确质量提取(m/z 336.18372)(5ppm质量公差)。
图6提供了表示体外气溶胶生成和暴露系统的示意图。生成的气溶胶通过(A)没有任何稀释的稀释室进入具有(C)通向细胞培养插入物的喇叭状出口的(B)暴露室，该细胞培养插入物在多孔膜上的空气-液体界面处含有3D器官型人支气管气道培养物并且在底部含有培养基。
图7示出功能活性和细胞活力的体外评估：在暴露于不同浓度的氯喹之前(浅灰色条)和之后(深灰色条)，细胞培养物中的(A)纤毛跳动频率(CBF)，(B)纤毛跳动活动区域，(C)细胞ATP水平和(D)3D跨上皮电阻(TEER)。数据以3次技术重复(点)的平均值(棒)±95％置信区间表示。
图8示出以下的模拟转运动力学：(A)在暴露于25、50和100次抽吸羟氯喹气溶胶的ALI下的人支气管上皮培养物(HBEC)中的羟氯喹(模拟线，实验平均值–点和误差棒表示95％置信区间)和(B)在具有P-gp外排转运蛋白的分离灌注的小鼠肺中的氯喹(三角形–实验数据，虚线–模拟数据)和P-gp外排转运蛋白敲除肺(点–实验数据，实线–模拟数据)。氯喹的实验数据得自Price等人(The Differential Absorption of a Series of P-Glycoprotein Substrates in Isolated Perfused Lungs from Mdr1a/1b GeneticKnockout Mice can be Attributed to Distinct Physico-Chemical Properties:anInsight into Predicting Transporter-Mediated,Pulmonary SpecificDisposition.Pharm Res.2017；34(12):2498-2516)。
图9提供了(A)氯喹和羟氯喹的吸入PBPK模型和(B)详细的气道隔室的示意图。GI是胃肠道。
图10示出在(A)20mg/kg腹膜内，(B)80mg/kg腹膜内和(C)5mg/kg静脉内施用后小鼠中羟氯喹的药代动力学曲线。点是得自Collins等人(Hydroxychloroquine:APhysiologically-Based Pharmacokinetic Model in the Context of Cancer-RelatedAutophagy Modulation.J Pharmacol Exp Ther 2018；365(3):447-59；Ishizaki J,Yokogawa K,Ichimura F,Ohkuma S.Uptake of imipramine in rat liver lysosomes invitro and its inhibition by basic drugs.J Pharmacol Exp Ther 2000；294(3):1088-98)的数据点。
图11示出(A)155mg静脉内羟氯喹(HCQ)，(B)155mg口服HCQ的模拟人药代动力学曲线，其中点表示得自Tett等人(British Journal of Clinical Pharmacology,1988；26(3):303-313.)和Tett等人(Bioavailability of hydroxychloroquine tablets inhealthy volunteers.Br J Clin Pharmacol.1989；27(6):771-779)的实验数据。
图12和图14示出羟氯喹(HCQ)的多次口服和口服吸入给药方案在不同组织中的模拟药代动力学曲线，其中水平虚线表示来自Yao等人的体外至EC50(242ng/mL)和EC90(1680ng/mL)值。
图13示出代表人肺的不同隔室中的模拟羟氯喹(HCQ)浓度。‘APAmucus’表示粘液中的表面活性剂浓度。‘Lung_Interstitial_Free’表示如图9B所示的肺间质空间中的未结合浓度，‘Lung_Cellular_Free’表示肺中的未结合细胞内胞质浓度，‘Lung_Free’表示未结合总肺浓度。
图15示出具有不同气溶胶粒度的单分散和多分散气溶胶的模型预测的血液中的羟氯喹浓度、肺中的总未结合浓度(Lung_Free)和未结合肺泡区域浓度(PA_Free)。MMAD，质量中值空气动力学直径，和GSD，几何标准偏差。
具体实施方式
通过非全身途径递送低剂量的羟氯喹，与口服给药途径相比，可显著减少药物不良反应，同时在肺中达到有效治疗浓度。这种耐受性的增加使得能够更广泛地用于预防和治疗，特别是在与受感染的人接触后，这对于高风险，通常多病的和老年的患者特别有利。此外，肺部递送途径将促进更高的羟氯喹肺衬液/上皮细胞衬液(ELF)浓度达到治疗水平。这与口服给药相比是有益的，因为可通过改变气道表面液体(ASL)的pH来干扰病毒从呼吸道摄取的假定机制，从而抑制病毒复制的内体摄取机制和细胞内溶酶体释放。ELF中增加的pH还干扰血管紧张素转化酶2(ACE2)的糖基化以降低宿主细胞上的ACE2与冠状病毒表面上的刺突蛋白之间的结合效率。
已知用于由液体药物制剂生成气溶胶的各种方法，包括使用氢氟烷推进剂(例如HFAs 134a和227)；雾化器；以及利用机械诱发压力梯度的技术，诸如
Figure BDA0004108959780000122
吸入器。本文所述的气溶胶是使用热雾化方法生成的，其中将液体药物组合物加热以有效(没有分解产物的大药物浓度)蒸发并随后冷却以从过饱和蒸气中使气溶胶颗粒成核和冷凝。在受控的热条件下，该方法能够生成微米和甚至亚微米气溶胶尺寸的颗粒，这些颗粒易于吸入并能够深入地渗透到肺部。使用任何合适的气溶胶生成器，可产生中值质量空气动力学直径(MMAD)在1-5μm之间的液体气溶胶粒度。例如，在一个实施方案中，可使用如WO2018153608A1中所述的气溶胶生成器。使用其中描述的热气溶胶生成器，可生成MMAD为1.3μm，几何标准偏差为1.5的气溶胶。此外，已经发现，当递送0.33mg固定剂量时，使用含有100mg/mL羟氯喹(HCQ)的液体药物组合物，本发明的热雾化过程具有约100％的羟氯喹从液体组合物到液体气溶胶的转移效率。
下文描述了为评估和表征本发明而进行的测试和测量。
化合物合成和气溶胶制剂
根据WuXi AppTec(Wuhan,China)公布的程序合成氯喹和羟氯喹。合成的氯喹(CQ)和羟氯喹(HCQ)的纯度分别为98.3％和99.7％。通过制备各种浓度的制剂并通过进行液相色谱-高分辨率-质谱(LC-HR-MS)评估它们的溶解度来评估HCQ在丙二醇(PG)中的溶解度。在40℃和大气压(～100kPa)下测量HCQ在PG中的溶解度-表1a。
表1a：羟氯喹在丙二醇中的溶解度。
Figure BDA0004108959780000121
Figure BDA0004108959780000131
1基于羟氯喹的质量和丙二醇的体积的计算浓度
2准确度是测量浓度与计算浓度的比率
HCQ在包含丙二醇(PG)的不同溶剂混合物中的溶解度；通过制备制剂并通过进行如表1b中所示的液相色谱-高分辨率-质谱(LC-HR-MS)评估HCQ的溶解度来评估甘油和/或水。
表1b：HCQ在不同溶剂混合物中的溶解度
Figure BDA0004108959780000132
气溶胶生成和表征
制备含有浓度为100mg/mL的羟氯喹在丙二醇中的溶液的液体制剂并将其填充到可消耗筒中。
使用如WO2018153608(A1)中所述的包括网状加热元件的装置将液体制剂雾化。通过热雾化生成液体制剂的气溶胶。加热器的温度保持在200-220℃之间。使用具有55mL的模拟吸入方案的可编程双注射泵(PDSP)以3秒抽吸持续时间和30秒间隔(包括随后在活塞向下冲程期间从泵中排出)来输送气溶胶。如图2所示，PDSP泵连接到与Q Exactive HF系统(Thermo Fisher Scientific,Waltham,MA,USA)接口的SUPER SESI(FossilionTechnologies,Madrid,SP)。
使用TSI 3321空气动力学粒度仪(APS,TSI Incorporated,Shoreview,MN,USA)测量气溶胶的粒度分布。为了达到5L/min的操作流速并保持在实验中获得的关于大颗粒数密度的检测极限内，使用具有1cm内径的30cm导电管将单个可编程注射泵与APS上游的3302A气溶胶稀释器(TSI Incorporated)连接(图3)。为了避免在连接中形成负压，在注射泵与APS之间安装了向周围开放的Y形件。在这种构造中，由注射泵提供的体积流量与APS所需的体积流量之间的差异通过周围空气流入系统来补偿。使用APS上游的3302A气溶胶稀释器(TSI Incorporated)将样品稀释100倍以维持用于粒度测量和化学表征的适当流量。注射泵的排放时间在APS的3s(平均1.1L/min)和体外气溶胶递送的8s(平均0.41L/min)之间变化。气溶胶颗粒尺寸具有1.3μm的中值空气动力学直径和1.5的几何标准偏差(GSD)(图4A)。
气溶胶特性评估
转移效率/气溶胶溶解度
使用所述的气溶胶生成和表征装置，将由该装置产生的气溶胶推过与填充有5mL乙醇的冲击器连接的Cambridge过滤嘴垫，以评估羟氯喹从液体到气溶胶的转移量。通过将5mL来自冲击器的乙醇和另外5mL新鲜乙醇添加到过滤嘴垫来进行从Cambridge过滤嘴垫中的化合物提取。将两个级分合并(总体积为10mL)用于定量。通过配备有HILIC BEH酰胺柱(50x 3mm，1.7μm，Waters，Manchester，UK)的液相色谱进行药物溶解度和转移速率评估的化学分析，该柱与高分辨率精确质谱(Vanquish Duo–Q Exactive HF系统，LC-HR-MS，ThermoFisher Scientific,Waltham,MA,USA)联用。流动相由含有0.1％甲酸的乙腈和10mM甲酸铵组成。将样品稀释以拟合由9种校准物水平(5-100ng/mL)构建的校准曲线。注射5μL体积的稀释溶液。通过从m/z 50-350扫描全扫描质量，在质量分辨率为60,000的正电喷雾电离中实现质谱检测。
进行转移速率评估以测量从含有液体制剂的装置递送的气溶胶中的氯喹和羟氯喹的量。在Cambridge垫过滤嘴上收集来自40mg/mL氯喹和100mg/mL羟氯喹液体制剂的总共30次抽吸，并且每次抽吸的量分别测量为149.69和330.32μg(图4B)。
热分解
在热雾化期间，存在分解的可能性，然而在LC-HR-MS谱中仅观察到代表羟氯喹的峰，这表明没有分解(图5)。
细胞培养
由来自单个供体的原代支气管上皮细胞(Lonza,Basel,Switzerland)重建人3D器官型支气管培养物。将细胞接种在胶原I包被的
Figure BDA0004108959780000141
插入物(
Figure BDA0004108959780000142
Corning,NY,USA)上。用PneumaCultTM-EX PLUS培养基(STEMCELL Technologies,Vancouver,Canada)填充插入物的顶侧和底侧，并保持三天。随后，通过除去顶端培养基将培养物气提；基础培养基被PneumaCultTM-ALI培养基(STEMCELL Technologies)替代。使完全分化的培养物在暴露之前在培养箱中适应环境。
Vitrocell气溶胶暴露
将
Figure BDA0004108959780000151
24暴露系统(Vitrocell Systems GmbH,Waldkirch,Germany)和PDSP泵(可编程双注射泵)安装在用于使细胞培养插入物暴露的化学通风橱内(图6)。制备含有浓度为25mg/mL的羟氯喹在丙烷-1,2-二醇中的溶液的制剂。将新鲜产生的气溶胶稀释并经由PDSP泵以55mL的抽吸体积、3秒的抽吸持续时间和30秒的抽吸间隔转移到暴露顶部，并在负压下经由端口喷射器(喇叭)分配到培养基础模块中。将一组3D器官型人支气管培养物置于培养基础模块中，并在其顶侧暴露于羟氯喹气溶胶。将细胞培养物暴露于25、50和100次抽吸的氯喹或羟氯喹气溶胶、100次抽吸的空气和100次抽吸的丙二醇作为对照。使用含有超纯水的插入物捕获沉积在暴露室中的化合物。在每个暴露实验中，将含有110微升超纯水的插入物置于
Figure BDA0004108959780000152
24暴露系统的基础模块中，并与3D器官型细胞培养物一起暴露。使用液相色谱串联质谱法测量沉积的氯喹和羟氯喹的浓度。对于25、50和100次抽吸，沉积在无细胞对照中的雾化的羟氯喹的量分别为7.99、15.92和28.31μg(表2)。
Figure BDA0004108959780000153
表2：Vitrocell插入物中的气溶胶沉积。液体制剂含有2.5％的溶解在丙二醇中的药物(97.5％)。SD，标准偏差。
3D人支气管气道培养物
通过将3D人支气管气道培养物暴露于由含有浓度为25mg/mL的羟氯喹在丙烷-1,2-二醇中的溶液的制剂产生的25、50和100次抽吸的气溶胶来评估羟氯喹气溶胶的潜在副作用。通过测量纤毛跳动频率(CBF)；纤毛跳动活动区域；跨上皮电阻(TEER)，在暴露前和暴露后24小时评估3D支气管培养物的功能性。
细胞活力
通过使用
Figure BDA0004108959780000156
3D细胞活力测定法(Promega,Madison,WI,USA)测量ATP含量来评估暴露后24h的3D器官型培养物的活力。将
Figure BDA0004108959780000154
试剂(150μL)添加到顶端表面。30分钟后，将50μL的
Figure BDA0004108959780000155
试剂从组织的顶端表面转移到不透明壁的96孔板中，并使用FLUOstar Omega板读数器(BMG Labtech,Ortenberg,Germany)测量相对光单位(RLU)的发光。
然后通过在暴露于氯喹和羟氯喹气溶胶后24小时测量组织中存在的ATP含量来评估该活力。对于药物和所有测试剂量，暴露于药物(任何剂量)的组织中的ATP含量与暴露于空气或媒介物的组织中测量的ATP含量相似(图7C)。
纤毛跳动频率(CBF)
使用配备有4X物镜和37℃室并连接到高速照相机(Basler AG,Ahrensburg,Germany)的倒置显微镜(Zeiss,Oberkochen,Germany)在3D器官型培养物中进行CBF和纤毛跳动活动区域测量。通过使用SAVA分析软件(Ammons Engineering,Clio,MI,USA)分析由每秒120张图像记录的512帧组成的短片。对于空气和媒介物对照，未暴露组织的CBF在6和8Hz之间。将氯喹和羟氯喹对暴露前和暴露后24小时的CBF的影响与图7A所示的结果进行比较。
纤毛跳动活动区域
纤毛跳动活动区域对应于检测到纤毛跳动的组织表面的百分比。将氯喹和羟氯喹对暴露前和暴露后24小时的纤毛跳动活动区域的影响与图7B所示的结果进行比较。
跨上皮电阻(TEER)
根据制造商的说明书，在暴露前和暴露后24h，使用连接到EVOMTM上皮伏特欧姆计(WPI)的EndOhm-6室(WPI,Sarasota,FL,USA)在3D器官型培养物中测量TEER。将伏特欧姆计显示的值乘以插入物表面积(0.33cm2)，得到总面积的电阻值(Ω×cm2)。为了评估人支气管上皮紧密度而进行的TEER测量表明，在所有测试条件下暴露前后的电阻范围在350和500Ω*cm2之间(图7D)。
体外模拟和分离灌注的小鼠肺动力学
体外模型由顶端粘液、纤毛周围层、胞质溶胶、溶酶体和基底隔室组成。溶酶体隔室嵌套在胞质溶胶隔室中。使用Hayduk-Laudie方法(Gulliver JS.Introduction toChemical Transport in the Environment.Cambridge:Cambridge University Press,2007)通过结合描述于Lai SK等人，Micro-and macrorheology of mucus.Adv Drug DelivRev 2009；61(2):86-100中的气道粘液的粘度来计算沉积的化合物穿过粘液的扩散。基于Trapp等人开发的模型，实现了纤毛周围层和胞质溶胶之间、胞质溶胶和溶酶体之间以及胞质溶胶和基底隔室之间的双质子碱的扩散通量(Quantitative modelling of selectivelysosomal targeting for drug design.Eur Biophys J 2008；37(8):1317-28)。穿过隔室的药物转运是通过菲克第一定律计算的中性物质的扩散通量和通过方程1中所示的能斯脱普朗克方程计算的离子物质的扩散通量的总和。
Figure BDA0004108959780000171
其中J、P、C和N是总扩散通量、渗透率、浓度，并且N＝
Figure BDA00041089597800001714
Figure BDA00041089597800001715
是电荷(对于中性物质为0，对于离子物质为+1和+2)，F是法拉第常数，E是膜电位，R是实际气体常数并且T是温度。下标n、d、o和I表示物质、中性物质、离子物质、外部物质和内部物质的分数。可用于扩散的药物fn的中性分数由等式2计算，其解释了隔室的水分数(W)、脂质结合(L)、吸附系数(K)和离子活度系数(γ)。
Figure BDA0004108959780000172
通过使用Henderson-Hasselbalch方程，方程3和4计算给定带电状态
Figure BDA0004108959780000179
下化合物的中性分数和离子分数
Figure BDA0004108959780000178
的比率。
Figure BDA0004108959780000173
Figure BDA0004108959780000174
此外，中性和离子物质的离子活度系数(γ)和吸附系数(Kn和
Figure BDA00041089597800001710
)基于亲脂性、捕获有机化合物比扩散系数的相对变化的相对扩散系数(s)和胞质离子强度(Io)来确定。计算给定物质的渗透率
Figure BDA00041089597800001711
的方程是方程5、6、7、8和9。
Figure BDA0004108959780000175
Figure BDA0004108959780000176
Figure BDA00041089597800001712
Figure BDA00041089597800001713
Figure BDA0004108959780000177
来自Ohkuma S等人(Fluorescence probe measurement of the intralysosomalpH in living cells and the perturbation of pH by various agents.Proc NatlAcad Sci U S A 1978；75(7):3327-31)的早期研究已经表明，即使在溶酶体缓冲存在的情况下，双质子弱碱的积累也会影响溶酶体pH。使用线性方程10将溶酶体pH的变化作为动态隔室包括在内，
Figure BDA0004108959780000181
其中，pHlys,t＝0是溶酶体的初始pH，Clys是药物在溶酶体中的浓度，β是溶酶体缓冲能力，其根据Collins KP等人(Hydroxychloroquine:A Physiologically-BasedPharmacokinetic Model in the Context of Cancer-Related Autophagy Modulation.JPharmacol Exp Ther 2018；365(3):447-59)和Ishizaki J.等人(Uptake of imipraminein rat liver lysosomes in vitro and its inhibition by basic drugs.J PharmacolExp Ther 2000；294(3):1088-98)。该模型还包括经由P-gp外排转运蛋白将化合物从胞质溶胶主动转运到纤毛周围层，并使用从Price等人(The Differential Absorption of aSeries of P-Glycoprotein Substrates in Isolated Perfused Lungs from Mdr1a/1bGenetic Knockout Mice can be Attributed to Distinct Physico-ChemicalProperties:an Insight into Predicting Transporter-Mediated,Pulmonary SpecificDisposition.Pharm Res 2017；34(12):2498-516)获得的参数进行建模。描述代表ALI处人支气管上皮的隔室浓度变化的微分方程为方程11、12、13、14和15，
Figure BDA0004108959780000182
Figure BDA0004108959780000183
Figure BDA0004108959780000184
Figure BDA0004108959780000185
Figure BDA0004108959780000186
其中C、D、SA、T和V是浓度、扩散系数、表面积、厚度和隔室体积。下标muc、pcl、tissue、lys和bas表示粘液、纤毛周围层、胞质溶胶、溶酶体和基底外侧隔室。
类似地，用6个隔室开发了代表分离灌注的小鼠肺(IPML)的肺泡区域的计算机模拟模型。转运动力学具有与体外模型相似的形式，并描述了隔室(即表面活性剂、胞质溶胶、溶酶体、间质、血管和灌注液)中的浓度变化。在灌注液流动期间，对于未结合的药物浓度，在血管和间质隔室之间假设瞬时平衡。
针对气-液界面处的3D器官型人支气管上皮培养物(HBEC)中的羟氯喹和分离灌注的小鼠肺中的氯喹，对氯喹和羟氯喹穿过气道上皮的转运动力学进行建模。由于人支气管上皮细胞中的体外气道表面液体被测量为酸性，因此将顶端粘液和纤毛周围层隔室的pH设定为6.8(Saint-Criq V等人，Real-Time,Semi-Automated Fluorescent Measurement ofthe Airway Surface Liquid pH of Primary Human Airway Epithelial Cells.J VisExp.2019(148)。
尽管顶端沉积的羟氯喹在不同隔室中达到平衡，但在暴露后6h后，54.72％、75.65％和84.28％的沉积剂量转移到基底隔室中，而对于25、50和100次抽吸，40.65％、19.75％和11.19％的沉积剂量分别保留在顶端隔室中(图8A)。对于不同的暴露抽吸，化合物在顶端和基底隔室中的分数差异是由于羟氯喹的pH依赖性溶酶体捕获。
从Price等人(The Differential Absorption of a Series of P-GlycoproteinSubstrates in Isolated Perfused Lungs from Mdr1a/1b Genetic Knockout Mice canbe Attributed to Distinct Physico-Chemical Properties:an Insight intoPredicting Transporter-Mediated,Pulmonary Specific Disposition.PharmRes.2017；34(12):2498-2516)获得用于模拟雾化的CQ在IPML中的转运动力学的实验数据和参数。IMPL中报告的气溶胶沉积分数为递送剂量的80％。在小鼠中，气道表面液体和胞质溶胶的生理相关pH分别设定为7.1和6.8(Brown RP等人，Physiological parametervalues for physiologically based pharmacokinetic models,Toxicol Ind Health1997；13(4):407-84和Sarangapani R等人，Physiologically based pharmacokineticmodeling of styrene and styrene oxide respiratory-tract dosimetry in rodentsand humans,Inhal Toxicol 2002；14(8):789-834)。使用报告的氯喹值(Price等人)，在有和没有P-gp外排转运蛋白的情况下模拟该模型。在P-gp敲除IPML中，61.68％的沉积剂量在13.36min内在肺屏障上转运(图8B)。而在活性P-gp外排IPML中，化合物在灌注液培养基中的百分比比P-gp敲除IPML低11.97％。因为IMPL实验系统是使灌注液再循环的闭环系统，所以在肺气道上皮和灌注液之间达到平衡。
PBPK建模
开发了由16个组织隔室(包括区域呼吸道隔室)组成的羟氯喹的限流PBPK模型(图9)。此外，每个组织的溶酶体隔室是嵌套的，并且基于Trapp等人的体外模型实现溶酶体捕获的动力学。此外，如体外模型所述，嵌套的溶酶体隔室pH是动态的。一般的质量平衡方程以及单个组织隔室的溶酶体动力学由方程16和17描述
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其中Cart、Ctissue、Ctissuelys、Q、V、SAtissuelys和J分别是动脉、组织、组织特异性溶酶体浓度、血液流速、隔室体积、溶酶体表面积和扩散通量。根据Sarangapani R等人所述的解剖位置和功能，将呼吸道(RT)分为4个区域。该模型由上气道(鼻、口和喉)、传导气道(第0-10代的气道分支)、过渡气道(第11-16代的气道分支)和肺气道(第17-24代的气道分支)组成。通过将每个呼吸道区域进一步分成代表粘液、纤毛周围层、胞质溶胶、溶酶体、间质空间和血管空间的6个隔室，对每个呼吸道区域进行详细建模。由于肺气道不含粘液和纤毛周围层，因此包括代表表面活性剂层的单个隔室。此外，使用从Ashgarian等人(Mucociliaryclearance of insoluble particles from the tracheobronchial airways of thehuman lung.Journal of Aerosol Science 2001；32(6):817-32)获得的速率对从过渡气道、传导气道和上气道到胃肠道的粘液纤毛清除率进行建模。使用上述框架，开发了用于小鼠、大鼠和人的PBPK模型。氯喹的物理化学参数从文献中获得，并用于通过Rodger的方法(Rodgers T,Leahy D,Rowland M.Physiologically based pharmacokinetic modeling1:predicting the tissue distribution of moderate-to-strong bases,Journal ofpharmaceutical sciences2005；94(6):1259-76)预测双质子碱的分配系数。虽然生理组织体积和血液流速是Brown等人的标准值，但从Sarangapani等人获得呼吸道描述。使用R软件包，诸如用于描述PBPK框架的‘mrgsolve’(Baron KT等人，Simulation from ODE-basedpopulation PK/PD and systems pharmacology models in R with mrgsolve.Omega2015；2:1x)、用于模型优化的GenSA(Xiang Y等人，Generalized Simulated Annealingfor Global Optimization:The GenSA Package.R Journal 2013；5(1))和用于生成曲线的‘ggplot2’(Wickham H.ggplot2:elegant graphics for data analysis:springer,2016)，以R语言(3.5.1版本)构建并模拟PBPK模型。使用WebPlotDigitizer(RohatgiA.WebPlotDigitizer.Austin,Texas,USA,2017)通过对图形进行数字化来获得不同出版物的血浆和组织时间浓度。通过使残差平方和最小化来进行模型优化。
所开发的PBPK模型的示意图在图9A中示出。为了预测生理相关的肺浓度，图9B包括描述穿过气道上皮的转运动力学的机械模型。预测和观察到的小鼠中羟氯喹的血浆和组织浓度在图10中示出。向小鼠腹膜内(i.p)施用20mg/kg羟氯喹后，血浆Cmax和终末消除半衰期分别为11.10μg/mL和16.85h，而肺组织半衰期和Cmax分别为17.02h和22.09μg/mL。氯喹和羟氯喹的肺组织消除半衰期不仅由于物理化学性质而且由于物种间肺的生理差异而显著不同。
对于人PBPK模型，将气道表面流体和细胞内上皮pH设定为酸性，pH为6.6(BodemCR等人，Endobronchial pH.Relevance of aminoglycoside activity in gram-negativebacillary pneumonia.Am Rev Respir Dis.1983；127(1):39-41)和6.8(Paradiso AM等人，Polarized distribution of HCO3-transport in human normal and cysticfibrosis nasal epithelia.J Physiol.2003；548(Pt 1):203-218)。由于人肺中的溶酶体内pH是未知的，因此使用了从狒狒获得的4.5的pH值(Heilmann P等人，Intraphagolysosomal pH in canine and rat alveolar macrophages:flow cytometricmeasurements.Environ Health Perspect.1992；97:115-120)。
对从Tett等人(Tett等人，1988)和Tett等人(Tett 1989)获得的静脉内和口服给药数据验证羟氯喹的药代动力学。静脉内和口服施用的羟氯喹的预测血浆浓度时间曲线如图11所示。羟氯喹的血浆终末消除半衰期为63.56h。
使用经验证的人PBPK模型来模拟用于治疗COVID-19的羟氯喹的口服给药方案的浓度时间曲线。
图12(底行，第1列)示出了羟氯喹的临床施用的口服给药概况，给药方案为第1天400mg，每日两次，第2天至第5天200mg，每日一次。尽管口服给药的总肺未结合浓度达到Yao等人报告的体外EC50值，该给药方案还增加了羟氯喹在组织诸如心脏、肝脏、肾脏等中的累积，因此限制了递送更高剂量或延长使用以进一步增加肺部浓度的能力。
还使用经验证的人PBPK模型来模拟用于治疗COVID-19的羟氯喹的口服吸入给药方案的浓度时间曲线。
对于口服吸入的气溶胶，基于测量的气溶胶物理化学性质，多路径粒子剂量测定模型预测每次抽吸28.97％的沉积和71.03％的呼出部分。在上气道、传导气道、过渡气道和肺气道中，每次抽吸的区域沉积分数分别为1.19％、3.05％、5.08％和19.64％。基于55mL抽吸体积的100mg/mL羟氯喹液体制剂，在模拟中使用具有30秒抽吸间隔的3秒吸入-呼出的抽吸模式。模拟吸入剂量为0.33mg/抽吸的羟氯喹和多次抽吸/疗程/天的多次吸入给药方案以预测吸入PK(图12)。吸入给药方案选择的基础是相对于口服剂量的有效肺浓度获得等于或大于Yao等人中定义的EC50和EC90值的未结合肺谷浓度。给药模拟基于70kg受试者。
由一至三次抽吸0.33mg/抽吸羟氯喹组成的每日低吸入剂量使我们能够在治疗开始后的几天内达到未结合肺浓度以达到体外EC50值(图12)。
另选地，未结合肺浓度可达到体外EC90浓度，负荷剂量为10次抽吸(0.33mg/抽吸)，在第1天服用3次，随后维持剂量为1次抽吸，在第2天至第7天每天服用3次。其他给药方案的模拟包括递送更高剂量可在图12中找到。由于羟氯喹在肺组织中的功效的药代动力学驱动因素尚不清楚，因此药物在肺的不同隔室(即粘液、纤毛周围层、胞质溶胶、溶酶体、间质液和血管空间)中的浓度-时间曲线可参见图13。与口服给药相比，吸入的羟氯喹在血液、心脏、肾脏和肝脏组织中的组织浓度仍然较低(图14)。
由于气溶胶颗粒尺寸影响吸入的气溶胶的区域沉积，Anjilvel S等人(Amultiple-path model of particle deposition in the rat lung.Fundam ApplToxicol.1995；28(1):41-50.)和Kolli AR等人(Bridging inhaled aerosol dosimetryto physiologically based pharmacokinetic modeling for toxicologicalassessment:nicotine delivery systems and beyond.Crit Rev Toxicol.2019；49(9):725-741)，因此对单分散和多分散气溶胶的吸入PK进行了模拟(图15)。质量中值空气动力学直径(MMAD)的增加导致全身浓度升高，而肺泡浓度受MMAD(1-3μm)和几何标准偏差(1-1.5)的组合影响。
Figure BDA0004108959780000221
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表3：经由口服和吸入途径施用的模拟HCQ给药方案的描述。

Claims (24)

1.一种药物组合物，其包含羟氯喹或其药学上可接受的盐，和溶剂，其中所述药物组合物包含1mg/mL至400mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐，其中所述溶剂选自丙二醇、甘油、丙烷-1,3-二醇和水或它们的组合，并且其中所述药物组合物用于热雾化。
2.根据权利要求1所述的药物组合物，其包含1mg/mL至110mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
3.根据权利要求1或2所述的药物组合物，其包含20mg/mL至105mg/mL，优选40mg/mL至100mg/mL，更优选60mg/mL至90mg/mL的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的药物组合物，其中所述药物组合物被热雾化。
5.一种药物组合物，其包含羟氯喹或其药学上可接受的盐，其在治疗或预防病毒性肺部感染中使用，其中所述药物组合物通过口服吸入施用。
6.根据权利要求5所述使用的药物组合物，其中所述病毒性肺部感染由β冠状病毒，例如2019-nCoV(冠状病毒)、SARS-CoV和中东呼吸综合征CoV(MERS-CoV)引起。
7.根据权利要求5至6所述使用的药物组合物，其中所述药物组合物以日剂量施用。
8.根据权利要求7所述使用的药物组合物，其中所述日剂量包含0.01mg至50mg，优选0.05mg至40mg，优选0.1mg至30mg，优选0.5mg至20mg，优选1至10mg，或优选1.5mg至5mg的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
9.根据权利要求7或8所述使用的药物组合物，其中所述日剂量选自负荷剂量、维持剂量或它们的组合。
10.根据权利要求9所述使用的药物组合物，其中所述负荷剂量包含5mg至50mg、6mg至45mg、7mg至40mg、8mg至35mg、9mg至30mg、10mg至25mg的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
11.根据权利要求9所述使用的药物组合物，其中所述维持剂量包含0.01mg至15mg、0.05mg至12mg、0.01mg至10mg、0.5mg至8mg、1至6mg、1.5mg至5mg的羟氯喹或其药学上可接受的盐。
12.根据权利要求9至11所述使用的药物组合物，其中至少一个负荷剂量之后是至少一个维持剂量。
13.根据权利要求7至12中任一项所述使用的药物组合物，其中所述日剂量在至少一个疗程中施用。
14.根据权利要求7至13所述使用的药物组合物，其中所述日剂量在由十二小时、十小时、八小时、七小时或六小时的间隔分开的至少两个疗程中施用。
15.根据权利要求13至14所述使用的药物组合物，其中所述疗程包含至少一个固定剂量。
16.根据权利要求15所述使用的药物组合物，其中所述固定剂量是计量剂量。
17.根据权利要求5至16中任一项所述使用的药物组合物，其中所述药物组合物以液体气溶胶形式施用。
18.根据权利要求17所述使用的药物组合物，其中所述液体气溶胶的质量中值空气动力学直径(MMAD)为1至5μm。
19.根据权利要求5或18所述使用的药物组合物，其中所述药物组合物被热雾化。
20.根据权利要求5至19所述使用的药物组合物，其中所述治疗或预防是在哺乳动物或禽类受试者中进行。
21.根据权利要求20所述使用的药物组合物，其中所述哺乳动物受试者是人。
22.根据权利要求20至21中任一项所述使用的药物组合物，其中所述受试者处于患有COVID-19的风险中。
23.根据权利要求20至21中任一项所述使用的药物组合物，其中所述受试者显示患有COVID-19的症状。
24.根据权利要求20至21中任一项所述使用的药物组合物，其中所述受试者为例如通过PCR测试确认的COVID-19阳性。
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