Engångs Dosators för Pulmonary Inblåsning av terapeutiska medel till små djur

Summary

Under utvecklingen av läkemedel för lungleverans, är det nödvändigt att utvärdera farmakokinetik och effekt i en djurmodell. Vi presenterar en metod för att bygga en engångs aerosol dispersionssystem från of-the-shelf komponenter som kan användas för att administrera intrapulmonell torrt pulver aerosol till gnagare.

Introduction

Utveckling av nya terapeutiska produkter kräver effekt test i en djurmodell. Lungadministreringsvägen kan användas för att avge läkemedel lokalt och system ^1. Utvärdering av torra pulveraerosoler nödvändiggör en effektiv dispersion mekanism för att upprätthålla höga koncentrationer i en exponeringskammare eller för direkt endotrakeal administrering. Medan lösningar finns för att exponera djuren genom passiv inhalation till torr pulveraerosoler, de flesta kräver massorna av pulver i stort överskott av den dos som levereras ^två.

Detta utesluter att genomföra tidiga förstudier som otillräcklig läkemedel finns på forskning eller tidigt utvecklingsstadium att stödja genomförandet dos kraven för konventionella aerosol leveranssystem.

När man utformar en aerosol läkemedelsprodukten, kan aerodynamiska prestanda relatera direkt till leveranseffektiviteten och effekt> 3. Dispersion av pulver till en aerosol kräver energitillförsel som är tillräcklig för att övervinna interpartikulära krafter, och partikeltekniska metoder kan väsentligt förbättra aerosolprestanda ^{4, 5, 6.} Vi har utvecklat ett dispersionssystem (dosatorn), som kan aerosolisera Engineered torrpulveraerosoler effektivt för ändamålet att direkt pulmonell insufflation, dispersionen i ett exponeringssystem eller generation för analytiska ändamål.

Protocol

1. Framställning av Komponenter i Dosators

1. Perforera botten av en 0,5 ml mikrocentrifugrör av polypropen genom borrning eller genom att helt enkelt slipning eller skära av bottnen med ett sliphjul eller en vass sax. Säkerställa att hålet är i centrum och är inte mer än 2 mm i diameter och inte mindre än 1 mm i diameter (figur 1).
2. Perforera upp i mikrocentrifugrör. Med användning av en # 22 borrkrona (approximativt 4 mm i diameter), borra ett hål i mitten av locket. Detta resulterar i ett hål som passar en slip-tip spruta (figur 1).
3. Förbereda de fina skärmar för att föras in i mikrocentrifugrör. Göra skärmar från 304 rostfritt stål trådduk, 60 x 60 mesh med tråddiameter av 0,0045" . Skär skärmarna med tenn snips eller stansa dem med ett munstycke till en ytterdiameter av 5 mm (figur 2).

2. Montering av Dosators

1. Användning av antingen pincett eller i slutet av en trubbig spets nål, för in skärmen i mikrocentrifugrör och sittplats det i botten så att den täcker öppningen. Detta kommer att bidra till att stödja pulvret före aktivering.
2. Tryck passar den smala änden av mikro spetsen i slutet av en trubbig spets nål. Gör detta för hand eller med en bänkpressen och en guide. Torka försiktigt toppen av nålen och botten av röret med etanol för att rengöra delarna för att säkerställa en tät, eftergivlig passning.

3. Fyllning av Dosators

1. Användning av en analytisk mikrovåg, tarera anordningen och ladda önskad mängd pulver in i dosatorn. En typisk pulvermassa för dispersion sträcker sig från 1 till 10 mg.
2. En gång fylld, ansluter den övre delen av mikrocentrifugrör med en tilldelning av bomull och en pincett. Detta kommer att förhindra pulvret från att dra in i sprutan eller ramla ut, samtidigt som luftflödet genom dosatorn för att dispergera pulvret.
3. Om den inte används omedelbart, försegla toppen med en liten mängd av lab-film för att minimera pulver exponering för omgivande fukt. OBS: I allmänhet bör förladdade dosators lagras i enlighet med kraven i den aktiva farmaceutiska beståndsdelen (API) lagrings. Ofta aerosol pulver är fuktkänslig och bör förvaras torkades.

4. Anordning Manövrering

1. Dra tillbaka sprutan till den önskade volymen, som kan vara tillämpningsspecifik. För intrapulmonell administrering i marsvin, använd 2 ml. Dispersion effektivitet är relaterad till volymen och hastigheten hos luft som avges under aktivering, såväl som de inneboende dispersionsegenskaper hos pulvret ^7. Den översta hålet på dosatorn rymmer en slip-tip spruta. En Luer-lock spruta kan användas med en adapter.
2. För in sprutan i bakre änden av dosatorn.
3. In nålen änden av dosatorn in i than doserings port på exponeringskammaren. Trycka ned sprutan med kraft, utvisa pulvret ut ur anordningen och direkt i djuret eller in i exponeringskammaren eller analytiskt instrument (Figur 3).

Representative Results

För lätt dispergerbara pulver, såsom de spraytorkas med avsikt för pulmonell tillförsel ^{5, 8, 9,} de dosators leverera en bolusdos ut ur anordningen. Det finns många tillämpningar för dosators, inklusive in vitro partikel karakterisering, direkt intrapulmonell administration med levande djur och aerosoler generation för passiva inandning system.

För att demonstrera effektiviteten hos pulverdispersion från dosators ades en tidigare konstruerad näsa-bara exponeringskammare utnyttjas. De viktigaste funktionerna i denna kammare är en liten central kammare och lågt luftflöde, vilket möjliggör hög aerosol koncentrationer som skall uppnås. Doseringskammaren sattes samman av akryl- och innehöll en central aerosol utrymmet 4" i diameter och en längd av 3" med avsmalnande ändarför utvärdering av aerosol exponering genom passiv inhalation (figur 4).

Ett spraytorkat läkemedelspulver av aerodynamisk massmediandiameter (MMAD) 2,9 ^ m utvärderades i marsvin med användning av detta system (fig 5). Doseringsintervall bestämdes genom att mäta kammarkoncentration i realtid efter levererar en enda bolusdos av 5 mg med användning av en 12 ml spruta. In vivo utvärdering administrering 5 doser om 10 mg vid 3 minuters intervall resulterade i en maximal plasmakoncentration av 5 | ig / ml (figur 6). Detta kan jämföras med en endotrakealt administrerad dos av 1 mg / kg som levereras av ett system i stor utsträckning används inom området ^10. Den observerade plasmakoncentrationen som ett resultat av passiv inhalation är indikativ för effektiv dispersion till primär partikelstorlek.

Eftersom det inte finns liten eller ingen luftflöde inne i cham ber kommer koncentrationen aerosol minska som en funktion av partikelaerodynamisk diameter som partiklar faller ut på grund av gravitationssedimentering. Som partiklar sedimentera, och aerosol koncentrationen minskar under ett visst tröskelvärde, kan ytterligare en dos administreras genom porten. Exponeringstider beror på målet men eftersom höga koncentrationer kan uppnås, kan ett schema bestämmas för att minimera exponeringstiden. Detta beskriver igen ett program att använda dessa engångsdoseringssystem, men en annan möjlig användning vore direkt intrapulmonell pulver administration, som kan ha många analytiska endpoints beroende på syftet med utvärderingen.

Figur 1. Modifierad centrifugrör. Modifierad 0,5 ml mikrocentrifugrör med hål i botten och toppen. .jpg" target = '_ blank'> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 2. Maskskärmar. Cirklar av 60 x 60 rostfritt nät av tråddiameter 0,0045" stål 5 mm diameter. Vänligen klicka här för en större version av denna figur.

Figur 3. Manövrering Schematisk. Hopsatt dosatorn schema som beskriver påverkan av pulver. Luft tvingas genom reservoaren, dispergering av pulvret ur dispenseringsänden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

e_content" fo: keep-together.within-page = "1">
Figur 4. Exponering avdelningen Schematisk. Djurexponeringskammare centrala reservoaren schema med dimensioner. Två djur kan exponeras på en gång, med varje djur styrs till den centrala kammaren via de avsmalnande näsa koner. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 5. Torrpulver Aerosol. Representativ engineered läkemedelspulver genom spraytorkning. Pulver kan utformas för en mängd olika tillämpningar. För manipulerade torr pulveraerosoler, effektivitet aerodynamisk diameter och pulverdispersion är kritiska tekniska mål. Skala bar = 5 mikron.com / filer / ftp_upload / 55356 / 55356fig5large.jpg" target = "_ blank"> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 6. Farmakokinetisk utvärdering via Passiv Inandning. Farmakokinetik för läkemedelsplasmakoncentration på en logaritmisk skala under en period av 5 h dispergerade av dosators in i den centrala reservoaren aerosol jämfört med ett riktmärke dos av 1 mg / kg levereras genom direkt administrering till lungorna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 7. Fylld och Bulk Dosators. (Vänster) Fylld och manövrering färdiga dosatorn (10 mg). (Höger) Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

Dispersionen från dosators var lämplig för djur för att erhålla en terapeutisk dos via passiv näsa-bara andning, vilket indikerar en stor del av aerosolen dispergeras till primär partikelstorlek. Dessa dosators kan användas för endotrakeal administrering, in vitro utvärdering av pulver prestanda och allmänt ändamål torrpulveraerosol dispersion för analytiska och effektiva experiment. Om den används för intrapulmonell leverans, är det viktigt att använda en lämplig volym av luft för samma art som används, eftersom över-uppblåsning av lungorna kan orsaka vävnadsskada och snedvrida farmakokinetiska resultat. En volym av 5 ml har använts i marsvin med en liknande anordning ^10, men annan forskning har visat att lungskador kan uppstå i råttor med en enda 2 ml administration ^11.

På grund av kostnaden för komponenter och enkel framställning, kan dessa dosators användas som engångsengångsmaterial.I kontrast, multi-use-enheter kräver att mellan dosering anordningen måste fyllas på ^12, komplicerat utförandet av djurexperiment och som kräver djuret teknikern att utföra en uppgift som i de flesta anläggningar inte är lätt att åstadkomma. Fyllning kan utföras i en beredning dos laboratorium (med saldon, huvar eller handskboxar och förnödenheter för att stödja liten massa som väger in i doseringskammaren) och prover kan överföras till ett djurförsök rummet snarare har båda aktiviteter som utförs i samma laboratorium. Detta är särskilt fördelaktigt när det krävs någon form av ytterligare biologisk kontroll för djurförsök.

Vi visar här de metoder som är lämpliga för beredning av en dispersion system som enkelt kan tillverkas och kan på ett effektivt sätt underlätta tidigt stadium aerosol läkemedelsutveckling med minimal droganvändning. kan tillverkas de Ande dosators i bulk och användes som förladdade doserings fOrms för administrering aerosol pulver i restriktiva miljöer vid behov personlig skyddsutrustning kan vara ett hinder (Figur 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