一次性充填机对治疗药物的肺吹入小动物

Summary

在药物对肺部给药的发展，有必要在动物模型来评价药代动力学和药效。我们呈现给从可以用于施用肺内干粉气雾剂到啮齿动物的现成组件构建的一次性气雾剂分散系统的方法。

Introduction

新的治疗产品的开发需要在动物模型中的功效测试。管理的肺途径可用于局部和系统¹输送药物。干粉气雾剂的评价必要的有效分散机构，以保持在一个曝光室或用于直接施用气管内高浓度。尽管存在解决方案通过被动吸入暴露动物的干粉气雾剂，最需要的粉末群众大过量输送²的剂量。

这就排除进行早期可行性研究，药物不足，可在研究或发展初期，以支持传统的气雾剂输送系统的剂量交付要求。

当设计气雾剂药物产品，空气动力学性能可以直接涉及递送效率和功效> 3。粉末成气雾剂的分散需要能量输入足以克服颗粒间力，并且颗粒工程方法可以显着提高性能气雾剂^4，5，6。我们已经开发出一种分散系统（计量器），它可以有效地雾化工程化干粉气雾剂用于直接肺吹入，分散体的目的为曝光系统或生成用于分析目的。

Protocol

1.充填机的组件的制备

1. 通过钻孔或通过简单地研磨或切断底部用砂轮或锋利的剪刀穿孔0.5mL的聚丙烯微量离心管的底部。确保该孔是在中心和是不超过2毫米，直径不小于1毫米的直径（ 图1）。
2. 穿孔的离心管的顶部。使用＃22的钻头（约4毫米直径），在帽的中心钻一个孔。这导致，将适合的滑动尖端注射器（ 图1）的孔。
3. 准备细筛将被插入到离心管。使由304不锈钢丝布，60×60目具有0.0045"线径屏幕。用锡剪切屏幕或使用模到5毫米（ 图2）的外径打孔它们。

2.充填机的组装

1. 无论是使用镊子或钝头针头的端部，插入到屏幕的离心管，并使得其覆盖所述开口它在底部就位。这将有助于启动之前支持粉末。
2. 压配合的离心尖端的窄端插入钝头针头的端部。用手或用台式机和导做到这一点。轻轻擦拭用乙醇清洁部件管的针和底部的顶部，以确保紧密的，弹性配合。

3.灌装充填机

1. 使用分析微量天平，去皮装置和粉末的所需量装入剂量分配器。用于分散的典型粉末质量范围从1到10毫克。
2. 一旦填充，塞的离心管的顶部与棉花的分配和一对钳子的。这将防止粉末拉入注射器或掉落，同时允许气流通过计量器以分散粉末。
3. 如果没有被立即使用，密封顶部与实验室膜的少量以最小化粉末暴露于环境湿气。注意：通常，预加载的充填机应根据活性药物成分（API）的存储需求被存储。通常气溶胶粉末湿气敏感，应储存干燥的。

4.设备作动

1. 拉回注射器至所需体积，其可以是应用特定的。对于豚鼠肺内施用，使用2毫升。分散效率与体积和致动过程中输送的空气的速度，以及所述粉末⁷的固有分散特性。在剂量分配器的顶部孔容纳滑动尖端注射器。 luer锁注射器可与适配器一起使用。
2. 插入注射器插入计量器的后端。
3. 插入计量器带入到t的针头端他在曝光室配料口。压下注射器有力地排出粉末离开装置并直接进入动物或进入曝光室或分析仪器（ 图3）。

Representative Results

用于容易地分散的粉剂如喷雾干燥的，意图用于肺部递送^5，8，9，所述充填机输送bolus剂量离开装置。有许多应用程序的充填机，包括体外颗粒表征，在活的动物直接肺内施用，和被动吸入气雾剂系统发电。

为了证明从充填机粉末分散体的效率，先前构建的鼻式暴露室中使用。此腔室的主要特征是一个小的中心腔和低压气流，从而可以实现高的气溶胶浓度。所述剂量室是由丙烯酸组装并精选在直径和长度为3" 的中心的气溶胶室4" 具有锥形鼻锥用于通过被动吸入（ 图4）气溶胶暴露的评估。

质量中值空气动力学直径（MMAD）2.9微米的喷雾干燥的药物粉末在使用该系统（ 图5）的豚鼠进行评价。给药间隔是通过测量使用12毫升注射器递送的5毫克单次推注剂量后在实时室浓度决定。 体内评价以3个分钟的间隔施用5次剂量的10毫克导致5μg/ mL的（ 图6）的最大血浆浓度。与此相比，通过广泛使用的字段^10中的系统中递送1mg / kg的一个气管内施用的剂量。所观察到的血浆浓度为被动吸入的结果指示有效分散成基本颗粒大小的。

由于很少有对湛内部没有气流误码率，气溶胶浓度将随着作为颗粒由于重力沉降脱落颗粒空气动力学直径的函数。作为颗粒沉降，和低于某一阈值的气溶胶浓度降低时，另一剂量可以通过该端口给药。曝光时间将取决于目标，但由于高浓度的实现，可确定一个时间表，以尽量减少曝光时间。这再次说明使用这些一次性给药系统的一个应用，但另一种可能的用途是直接肺内粉管理，它可以有很多分析端点取决于评估的目的。

图1.改性离心管中。改性0.5毫升微量离心管中，在底部和顶部的孔。 .JPG”目标=‘_空白’>点击此处查看该图的放大版本。

图2.筛网。丝直径0.0045"的60×60不锈钢筛的直径为5mm的圆。 请点击此处以查看该图的放大版本。

图3.作动原理。组装剂量分配器粉末的示意性描绘的致动。空气通过储强制，将粉末分散从分配端的。 请点击此处查看该图的放大版本。

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图4.曝光商会示意图。动物暴露室中央储示意与尺寸。两只动物可以一次暴露，每个动物经由锥形鼻锥体被引导到中心腔室。 请点击此处查看该图的放大版本。

图5.干粉气雾剂。通过喷雾干燥生产的工程化代表药物粉末。粉末可以设计用于多种应用。用于工程改造的干粉气雾剂，空气动力学直径和粉末分散效率是关键的工程的目标。比例尺= 5微米。COM /文件/ ftp_upload / 55356 / 55356fig5large.jpg”目标=‘_空白’>点击此处查看该图的放大版本。

图6. 通过被动吸入药代动力学评价。上一段的分散由充填机到中央储气雾剂5个小时相比为1mg一个基准剂量对数标度的药物血浆浓度的药代动力学/ kg的通过直接肺部给药递送。 请点击此处查看该图的放大版本。

图7.填充和批量充填机。 （左）和填充致动就绪计量器（10毫克）。 （对） 请点击此处查看该图的放大版本。

Discussion

从充填机将分散体适用于动物，其接收通过被动鼻式呼吸治疗剂量，表明分散成基本颗粒大小的气溶胶的相当大的比例。这些充填机可用于气管内给药， 在粉末性能体外评价，和通用干粉气雾剂的分散以供分析或有效的实验。如果用于肺内递送，它以使用空气的供选择的种类适当体积，如过度膨胀的肺部可引起组织损伤和歪曲药代动力学结果是重要的。 5毫升的量已在豚鼠中已经使用用类似装置^10，然而，其他研究已经表明，可以在大鼠中与单个2毫升给药¹¹发生的肺损伤。

因为组件和易于制备的成本，这些充填机可被用作单次使用的一次性物品。与此相反，多使用设备要求之间的定量给料装置必须被重新填充^12，复杂的动物实验的性能和要求动物技师执行，在大多数设施不容易完成的任务。填充可以以剂量制剂实验室来执行（与天平，罩或手套箱和用品，以支持小质量称重到计量腔室）和样品可以被转移到动物室程序而具有相同的实验室中进行两种活性。其中需要用于动物实验的任何形式的附加生物控制的，这是特别有利的。

我们在这里展示适合于制备可容易制造，并且能够有效地促进早期气雾剂药物研发以最小的药物使用的分散系统的方法。低成本充填机可以大量制造，并用作预加载剂量˚F奥姆斯在受限的环境中，其中必要的个人防护设备可以是一个障碍施用气雾剂粉末（ 图7）。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.5 mL microcentrifuge tube	VWR	89000-026
High-Volume Particle-Filtering Stainless Steel Wire Cloth, Woven, 304 Stainless Steel, 60 x 60 Mesh, .0045" Wire Diameter	McMaster Carr	9230T44
Stainless Steel Dispensing Needle, Straight, 18 Gauge, 1" Long	McMaster Carr	75165A676	Any luer-fit needle will suffice
Cotton balls	McMaster Carr	54845T16
Parafilm M® Laboratory Film	VWR	100229-550
Black-Oxide High-Speed Steel Jobbers' Drill Bit, Wire Gauge 22, 3-1/8" Overall Length, 1.8" Drill Depth, 135Deg Point	McMaster Carr	2901A195