Summary
במהלך פיתוח של תרופות למסירה ריאתי, יש צורך להעריך pharmacokinetics ויעילות במודל חיה. אנו מציגים שיטה לבנות מערכת פיזור תרסיס הפנויה מן of-the-רכיבי מדף שניתן להשתמש בהם כדי לנהל תרסיס אבקה יבשה intrapulmonary כדי מכרסמים.
Introduction
פיתוח של מוצרים טיפוליים חדשים דורש בדיקות יעילות במודל חיה. המסלול ריאתי של ממשל יכול להיות מנוצל כדי לספק תרופות מקומיות מערכתי 1. הערכת אירוסולים אבקה יבשה מחייבת מנגנון פיזור יעיל לשמור ריכוזים גבוהים בתא חשיפה או עבור הממשל endotracheal ישיר. בעוד פתרונות קיימים כדי לחשוף חיות ידי שאיפה פסיבית לייבש אירוסולים אבקה, רוב דורשים המוני אבקת עולה גדול של המינון נמסר 2.
זה מונע ביצוע בדיקות היתכנות כבר תרופה מספיקה זמינה בכתובת המחקר או בשלב התפתחות מוקדם כדי לתמוך בדרישות העברת מינון למערכות משלוח התרסיס קונבנציונליות.
בעת תכנון מוצר תרופת תרסיס, ביצועים אווירודינמיים יכולים להתייחס ישירות יעיל משלוח ויעילות> 3. פיזור האבקה לתוך תרסיס דורש השקעת אנרגיה מספיקה כדי להתגבר על כוחות interparticulate, וגישות הנדסיות חלקיק יכולות לשפר את ביצועי תרסיס משמעותי 4, 5, 6. פיתחנו מערכת פיזור (dosator) אשר יכול לתרסיס אירוסולים אבקה יבשה Engineered ביעילות לצורך הֲפָחָה ריאתי ישירה, פיזור לתוך מערכת חשיפה או דור למטרות אנליטיות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת הרכיבים של Dosators
- מחוררים את תחתית צינור microcentrifuge פוליפרופילן 0.5 מ"ל ידי קידוח או פשוט על ידי שחיקה או ניתוק התחתון עם גלגל שחיקה או זוג מספריים חדות. ודא כי החור נמצא במרכז והוא לא יותר מ 2 מ"מ קוטר ולא פחות מ 1 מ"מ קוטר (איור 1).
- לחורר את החלק העליון של צינור microcentrifuge. בעזרת מקדח # 22 (כ 4 מ"מ קוטר), לקדוח חור במרכז המכסה. התוצאה היא חור שיתאים מזרק תלוש-קצה (איור 1).
- הכן את המסכים בסדר להיות מוכנס לתוך צינורות microcentrifuge. הפוך מסך מ 304 חוט בד נירוסטה, 60 x 60 רשת עם קוטר תיל של 0.0045" . חותך את המסכים עם חיתוכי פח או אגרוף אותם באמצעות קובייה כדי בקוטר חיצוני של 5 מ"מ (איור 2).
2. אסיפה של Dosators
- שימוש או מלקחיים או סוף מחט קצה קהה, להכניס את המסך לתוך צינור microcentrifuge ולהושיב אותה בתחתית, כך שהוא מכסה את הפתח. זה ישמש לתמיכת האבקה לפני actuation.
- לחץ להתאים את הקצה הצר של טיפ microcentrifuge לתוך סוף מחט קצה קהה. לעשות את זה ביד או עם עיתונות ספסל עליון ומדריך. נגב בעדינות את החלק העליון של המחט התחתון של הצינור עם אתנול לנקות את החלקים כדי להבטיח התאמה הדוקה, מתאושש מהר.
3. מילוי Dosators
- שימוש microbalance אנליטי, טרה המכשיר וטען את הכמות הרצויה של אבקת לתוך dosator. מסת אבקה אופיינית פיזור נעה בין 1 ל 10 מ"ג.
- מילא פעם, תקע העליון של הצינור microcentrifuge עם הקצאת כותנה וזוג מלקחיים. זה ימנע את האבקה מן הציור לתוך המזרק או נופלים החוצה, ובמקביל לאפשר זרימת אוויר דרך dosator לפזר את האבקה.
- אם לא בשימוש מיידי, לאטום את החלק העליון עם כמות קטנה של סרט במעבדה כדי למזער אבקת חשיפה ללחות הסביבה. הערה: באופן כללי, שנטען מראש dosators צריך להיות מאוחסן על פי דרישות אחסון של החומר הפעיל בתרופה (API). לעתים קרובות אבקות תרסיס הם לחות רגישות צריכה להיות מאוחסנות מיובש.
Actuation Device 4.
- הסיטו את המזרק בנפח הרצוי, אשר עשוי להיות ספציפיים ליישום. עבור הממשל intrapulmonary ב שרקנים, להשתמש 2 מ"ל. יעילות פיזור קשורה נפח ומהירות של אוויר נמסר במהלך ההפעלה, כמו גם את המאפיינים פיזור הטבועה של אבקת 7. החור העליון של dosator להכיל מזרק תלוש-קצה. מזרק Luer נעילת ניתן להשתמש עם מתאם.
- הכנס את המזרק לתוך בקצה האחורי של dosator.
- הכנס את הקצה של המחט dosator לתוך tהוא מינון נמל על תא החשיפה. לדכא את המזרק בכוח, גירוש אבקה מתוך המכשיר ישירות לתוך החיה או לתא החשיפה או מכשיר אנליטי (איור 3).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
עבור אבקות מסיסות בקלות כמו אלה ריסוס מיובש במטרה למסירה ריאתי 5, 8, 9, את dosators לספק מנה בולוס מתוך המכשיר. ישנם יישומים רבים עבור dosators, לרבות אפיון חלקיקים במבחנה, ממשל intrapulmonary ישיר בבעלי חיים, לבין דור תרסיס למערכות שאיפה פסיביות.
כדי להדגים את היעילות של פיזור אבקה מן dosators, בתא חשיפת אף בלבד נבנה בעבר שמש. התכונות העיקריות של תא זה הן בתא מרכזי קטן זרימת אוויר נמוך, המאפשרים ריכוזי תרסיס גבוה כדי להיות מושגת. תא המינון הורכב מאקריליק בהשתתפות תא תרסיס מרכזי 4" בקוטר ובאורך של 3" עם קונוסים אף מחודדיםלהערכת חשיפת אירוסול ידי שאיפה פסיבית (איור 4).
אבקת תרופה יבשת ספריי של קוטר אווירודינמי החציוני ההמוני (MMAD) 2.9 מיקרומטר הוערכה ב שרקנים באמצעות מערכת זו (איור 5). בין מנה אחת לשניה נקבע על ידי מדידת ריכוז קאמרית בזמן אמת אחרי מתן מינון בולוס אחד של 5 מ"ג באמצעות מזרק 12 מ"ל. בהערכת vivo מתן 5 מנות של 10 מ"ג ב 3 דקות intervals הביא ריכוז פלזמה המרבי של 5 מיקרוגרם / מ"ל (איור 6). זאת, לעומת המינון מנוהל endotracheally של 1 מ"ג / ק"ג מועברים על ידי מערכת בשימוש נרחב בתחום 10. ריכוז פלזמה שנצפו כתוצאה משאיפת פסיבית מעיד על פיזור יעיל גודל החלקיקים העיקרי.
כפי שיש לא מעט זרימת אוויר בתוך צ'אם בער, ריכוז האירוסולים יקטין כפונקציה של קוטר אווירודינמי החלקיקים כחלקיקים לנשור בשל שיקוע גרביטציוני. כמו חלקיקים להתיישב, ועל ריכוז האירוסולים יורד מתחת לסף מסוים, מנה נוספת יכולה להינתן דרך הנמל. פעמי חשיפה תהיינה תלויות האובייקטיבי אלא בגלל ריכוזים גבוהים הם ברי השגה, לוח זמנים ניתן לקבוע כדי לצמצם את זמן חשיפה. זה שוב מתאר יישום אחד באמצעות מערכות מינון חד פעמיות אלה, אבל עוד שימוש אפשרי יהיה ממשל אבקה ישיר intrapulmonary, אשר יכולה להיות רב קצה אנליטיות בהתאם לצורך ההערכה.
איור 1. Modified צינור צנטריפוגות. Modified 0.5 צינור microcentrifuge מ"ל עם חורים בתחתית הדף. .jpg" target = '_ blank'> אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
מסננות איור 2.. 5 מ"מ עיגולים בקוטר של 60 x 60 רשת נירוסטה בקוטר חוט .0045" . אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. Actuation סכמטי. מורכבים dosator actuation של אבקת המתאר סכמטי. האוויר נאלץ באמצעות המאגר, פיזור האבקה מהמבוי מהחלק. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 4. חשיפה הקאמרית סכמטי. סכמטי מאגר קאמרי חשיפת Animal המרכזי עם ממדים. שתי חיות יכולות להיחשף בבת אחת, עם כל חיה הונחתה אל האולם המרכזי באמצעות קונוסים אף המחודדים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. תרסיס אבקה יבשה. אבקת תרופת נציג מהונדסת המיוצרת על ידי ספריי ייבוש. אבקות יכולות להיות מתוכננות עבור מגוון רחב של יישומים. עבור אירוסולים אבקה יבשה מהונדסים, יעילות פיזור בקוטר ואבקת אווירודינמי הן מטרות הנדסה קריטיות. בר סולם = 5 מיקרון.com / קבצים / ftp_upload / 55,356 / 55356fig5large.jpg" target = '_ blank'> אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 6. הערכת פרמקוקינטיקה באמצעות פסיבי שאיפה. פרמקוקינטיקה של ריכוז פלזמת תרופה על סקאלה לוגריתמית על פני תקופה של 5 h פוזרה על ידי dosators לתוך מאגר התרסיס המרכזי לעומת מנת benchmark של 1 מ"ג / קילו מועברת על ידי ממשל ריאתי ישיר. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 7. מלא ו Dosators גורפת. (שמאל) צבוע ו dosator actuation-מוכן (10 מ"ג). (ימין) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הפיזור מן dosators היה מתאים חיות לקבל מנה טיפולית באמצעות נשימת אף בלבד פסיבית, מה שמעיד על חלק גדול של תרסיס התפזר גודל חלקיקים עיקרי. Dosators אלה יכולים לשמש עבור ממשל endotracheal, בהערכה במבחנה של ביצועי אבקה, ואת פיזור תרסיס אבקה יבשה בכלל מטרה עבור ניסויים אנליטי או יעילים. אם השתמשו למסירה intrapulmonary, חשוב להשתמש נפח מתאים של אוויר עבור מינים שנבחרו, כמו יתר האינפלציה של הריאות יכול לגרום נזק לרקמות ולעוות תוצאות pharmacokinetic. נפח של 5 מ"ל נעשה שימוש שרקנים עם מכשיר דומה 10, אולם מחקרים אחרים הראו כי הנזק ריאות יכולה להתרחש אצל חולדות עם הממשל יחיד 2 מ"ל 11.
בשל העלות של רכיבים וקלים הכנה, יכול לשמש dosators אלה מתכלים לשימוש חד-פעמי.לעומת זאת, התקנים רבים שימושיים דורשים כי בין מינון המכשיר צריך להיות ומילא 12, מסובך לביצוע הניסוי החי הדורשים הטכנאי החי כדי לבצע משימה שברוב המתקנים אינו מושגת בקלות. מילוי יכול להתבצע במעבדה להכנת מנה (עם יתרות, ברדסים או תיבות כפפה ואספקה לתמוך מסה קטנה במשקל לתא המינון) ודגימות ניתן להעביר לחדר נהלים חיים די בכך הוא הפעילויות שבוצעו באותה המעבדה. זהו יתרון במיוחד שבו כל צורה של הדברה ביולוגית נוספת נדרשת עבור ניסויים בבעלי חיים.
אנחנו מדגימים כאן השיטות המתאימות להכנת מערכת פיזור כי יכול להיות מיוצרת בקלות ויכול להקל על פיתוח תרופת תרסיס בשלב מוקדם וביעילות עם שימוש בסמים מינימאלי. Dosators בעלות הנמוך יכול להיות מיוצר בכמויות גדולות ושמש F מינון מראשorms לניהול אבקת תרסיס בסביבות מגבילות שבו ציוד מגן אישי הכרחי יכול להיות מכשול (איור 7).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
המחברים מבקשים להודות למכון הלאומי חביב לאלרגיה ומחלות זיהומיות למימון כדי לערוך מחקר זה.
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 |
References
- Young, E. F., et al. Inhaled Pyrazinoic Acid Esters for the Treatment of Tuberculosis. Pharmaceutical Research. , 1-11 (2016).
- Hinds, W. C. Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles. , Wiley. (2012).
- Islam, N., Gladki, E. Dry powder inhalers (DPIs)-A review of device reliability and innovation. International Journal of Pharmaceutics. 360 (1-2), 1-11 (2008).
- Chan, H. K. Dry powder aerosol delivery systems: current and future research directions. J Aerosol Med. 19 (1), 21-27 (2006).
- Vehring, R. Pharmaceutical Particle Engineering via Spray Drying. Pharmaceutical Research. 25 (5), 999-1022 (2008).
- Bosquillon, C., Lombry, C., Préat, V., Vanbever, R. Influence of formulation excipients and physical characteristics of inhalation dry powders on their aerosolization performance. Journal of Controlled Release. 70 (3), 329-339 (2001).
- Hickey, A. J., Concessio, N. M., Van Oort, M. M., Platz, R. M. Factors influencing the dispersion of dry powders as aerosols. Pharmaceutical Technology. 18 (8), 58-64 (1994).
- Garcia-Contreras, L., et al. Inhaled large porous particles of capreomycin for treatment of tuberculosis in a guinea pig model. Antimicrob Agents Chemother. 51 (8), 2830-2836 (2007).
- Durham, P. G., et al. Spray Dried Aerosol Particles of Pyrazinoic Acid Salts for Tuberculosis Therapy. Molecular Pharmaceutics. 12 (8), 2574-2581 (2015).
- Sung, J. C., et al. Dry powder nitroimidazopyran antibiotic PA-824 aerosol for inhalation. Antimicrob Agents Chemother. 53 (4), 1338-1343 (2009).
- Guillon, A., et al. Pulmonary delivery of dry powders to rats: tolerability limits of an intra-tracheal administration model. Int J Pharm. 434 (1-2), 481-487 (2012).
- Morello, M., et al. Dry-powder pulmonary insufflation in the mouse for application to vaccine or drug studies. Tuberculosis. 89 (5), 371-377 (2009).
