Summary
De ontwikkeling van farmaceutisch droog poeder vereist betrouwbare in vivo testen, vaak met behulp van een muizenmodel. Apparaattechnologie voor het nauwkeurig en reproduceerbaar toedienen van aerosolen met droog poeder aan muizen is beperkt. Deze studie presenteert wegwerpdosators voor pulmonale medicijnafgifte in muisrelevante doses, wat helpt bij het eerste proof-of-concept-onderzoek.
Abstract
Droge poederinhalatoren bieden tal van voordelen voor het toedienen van geneesmiddelen aan de longen, waaronder stabiele vastestofformuleringen, draagbaarheid van het apparaat, bolusdosering en -dosering, en een drijfgasvrij verspreidingsmechanisme. Om farmaceutische aërosolproducten met droog poeder te ontwikkelen, zijn robuuste in vivo tests essentieel. Doorgaans omvatten de eerste studies het gebruik van een muizenmodel voor voorlopige evaluatie voordat formele studies worden uitgevoerd bij grotere diersoorten. Een belangrijke beperking in deze aanpak is echter het ontbreken van geschikte apparaattechnologie om droge poeders nauwkeurig en reproduceerbaar aan kleine dieren te leveren, waardoor het nut van dergelijke modellen wordt belemmerd. Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, zijn er speciaal voor de intrapulmonale toediening van droge poeders in doses die geschikt zijn voor muizen ontwikkeld. Deze doseerders laden en leveren een vooraf bepaalde hoeveelheid poeder die wordt verkregen uit een uniform poederbed met bulkdichtheid. Deze discrete controle wordt bereikt door een stompe naald op een vaste diepte (aanstampen) in het poederbed te steken, waarbij telkens een vaste hoeveelheid wordt verwijderd. Dit doseringspatroon is met name effectief gebleken voor een reeks gesproeidroogde poeders. In experimenten met vier verschillende modellen gesproeidroogde poeders toonden de dosators aan dat ze in staat waren doses te bereiken tussen 30 en 1100 μg. De bereikte dosis werd beïnvloed door factoren zoals het aantal tamps, de grootte van de dosatornaald en de specifieke formulering die werd gebruikt. Een van de belangrijkste voordelen van deze doseerders is hun productiegemak, waardoor ze toegankelijk en kosteneffectief zijn voor het leveren van droge poeders aan muizen tijdens de eerste proof-of-concept-studies. Het wegwerpkarakter van de doseerders vergemakkelijkt het gebruik in behandelkamers voor dieren, waar het reinigen en bijvullen van herbruikbare systemen en weegmaterialen onhandig is. De ontwikkeling van doseerders voor wegwerpspuiten heeft dus een belangrijke hindernis weggenomen bij de afgifte van droog poeder bij muizen voor proof-of-concept-studies, waardoor onderzoekers nauwkeurigere en reproduceerbare voorstudies kunnen uitvoeren in kleine diermodellen voor de toediening van longgeneesmiddelen.
Introduction
Het gebruik van droge poederinhalatoren (DPI's) voor de toediening van geneesmiddelen in de longen heeft de afgelopen drie decennia veel belangstelling gewekt vanwege de wereldwijde uitfasering van drijfgassen met chloorfluorkoolwaterstoffen 1,2. DPI's bieden tal van voordelen ten opzichte van andere pulmonale toedieningssystemen, zoals inhalatoren en vernevelaars met afgemeten dosis, waaronder formuleringsstabiliteit, draagbaarheid, gebruiksgemak en drijfgasvrije verspreidingsmechanismen2. Voordat DPI-producten echter in de richting van klinische vertaling worden gebracht, moeten verschillende preklinische onderzoeken worden uitgevoerd, waarvan er vele in eerste instantie worden voltooid met behulp van een muizenmodel. Niettemin zijn de beschikbare technologieën om droge poeders nauwkeurig en reproduceerbaar aan kleine dieren te leveren beperkt.
Gebruikelijke methoden om droge poeders toe te dienen aan kleine dieren, zoals muizen, zijn passieve inhalatie 3,4,5,6,7 en directe toediening 8,9,10,11,12,13. Passieve inhalatie vereist meestal een aangepaste kamer die grote doses gesproeidroogd poeder gebruikt om een voldoende aerosolwolk te bereiden. Aangezien muizen obligate neusademhalerszijn 14, vereist toediening door passieve inhalatie dat het poeder door de neus en keel reist om de longen te bereiken, waardoor het noodzakelijk is een aërosolwolk in stand te houden met voldoende aërodynamische eigenschappen van de deeltjes 7,8. Hoewel het een nuttige techniek is die fysiologisch relevanter is dan directe toediening als gevolg van inademing als gevolg van normale ademhaling14, is het mogelijk niet geschikt voor initiële onderzoeken waarbij de poedermassa beperkt is.
Als alternatief zijn een aantal intratracheale toedieningsapparaten voor directe toediening van droog poeder gerapporteerd 8,9,10,11,12,13. Intratracheale apparaten omzeilen de neus en keel, waardoor het poeder rechtstreeks in de longen terechtkomt en een fijnere controle over de toegediende dosismogelijk is 14. Bovendien kunnen sommige apparaten, met name apparaten die zijn bereid met behulp van een aanstampingsprocedure9, worden bereid met kleinere hoeveelheden, wat een belangrijke overweging is voor de eerste proof-of-concept-studies. Het gebrek aan universeel verkrijgbare intratracheale toedieningsapparaten heeft hun gebruikspotentieel belemmerd, de beschikbaarheid beperkt en geleid tot verschillen tussen laboratoria14. In deze studie stellen we een eenvoudige, goedkope, wegwerpbare dosator voor intratracheale toediening voor die kan worden gebruikt voor proof-of-concept muizenstudies bij de ontwikkeling van aerosolen met droog poeder.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle dierproeven zijn uitgevoerd in overeenstemming met de Wet op het dierenwelzijn en het beleid van de GGD inzake humane verzorging en gebruik van proefdieren. Het onderzoeksprotocol werd goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee van het Health Science Center van de Universiteit van Tennessee. Gezonde vrouwelijke BALB/c-muizen, ~6-8 weken oud, kregen het drogepoedergehalte van één doseerder toegediend door intrapulmonale aërosoltoediening voor een farmacokinetisch onderzoek met spectinamide 1599 droge poeders9. De dieren zijn afkomstig van een commerciële bron (zie Materiaaltabel).
1. Voorbereiding van de doseerder en de vulcomponenten
- Snijd het plastic luergedeelte van een stompe roestvrijstalen naald van 2.54 cm (1 inch) (21-25 G) af met een precisiesectiezaag (zie Materiaaltabel) of een bandschuurmachine totdat er 2-3 mm van de plastic luer overblijft (Figuur 1A en Figuur 2A).
NOTITIE: Als een bandschuurmachine wordt gebruikt, moet de roestvrijstalen naald mogelijk worden gereinigd met een kleinere naald of draad om de mogelijke ontstane obstakels te verwijderen. - Snijd de punt (1-1,5 cm) van een conische centrifugebuis van 0,6 ml af. Vul de punt van de tube met 30-35 mg poeder.
OPMERKING: Zie Representatieve resultaten voor de details van de voorbeeldpoeders die voor dit onderzoek zijn gebruikt. De prestaties van de poederaerosol moeten vóór gebruik in deze toepassing worden geëvalueerd volgens de standaardmethodologie zoals beschreven in het algemene hoofdstuk <601> van de USP (zie de materiaaltabel). - Als u het poeder bewaart en/of vervoert, gebruik dan de dop van de tube (afgesneden) om de injectieflacon af te sluiten. Sluit af met paraffinefolie om de blootstelling van het poeder aan omgevingsvocht te minimaliseren bij opslag en/of transport.
2. Laden en monteren van dosators
- Druk de bijgesneden roestvrijstalen naald zo vaak als nodig is in het poederbed in de conische punt van de 0,6 ml centrifugebuis om de gewenste dosis te bereiken (Figuur 2B). Veeg de zijkanten van de roestvrijstalen naald voorzichtig schoon met een pluisarme wisser om overtollig poeder te verwijderen (Figuur 3).
- Steek de geladen roestvrijstalen naald voorzichtig in een polypropyleen (1.5 inch) polypropyleen (5.08 cm) (2 inch) naald (16-20 g) (zie materiaaltabel) om te voorkomen dat poeder losraakt (Figuur 1B, C en Figuur 2C).
3. Aansturen van doseerders
- Trek een wegwerpspuit terug tot het gewenste volume, dat kan variëren afhankelijk van de toepassing.
OPMERKING: Voor intrapulmonale toediening bij muizen is 0,15-0,6 ml doorgaans geschikt 8,9. - Bevestig de spuit aan de luer-vergrendeling op de polypropyleen- of PTFE-naald (Figuur 2D).
- Steek het naalduiteinde van de doseerder in het gewenste doel. Voor het analyseren van het poedergehalte en de reproduceerbaarheid, steekt u de naald door een geperforeerd rubberen septum of paraffinefilm in een injectieflacon met een kleine hoeveelheid (bijv. 1-5 ml) water en/of organisch oplosmiddel (bijv. ethanol), waarbij de identiteit en het volume van het oplosmiddel afhankelijk zijn van de fysieke kenmerken van het actieve farmaceutische ingrediënt (API) en de kwantificeringsmethode.
- Voor toediening aan muizen, steekt u de naald in tot aan de eerste bronchiale vertakking van de luchtpijp van verdoofde muizen volgens vastgestelde protocollen 9,15.
- Druk de spuit krachtig in, zodat het poeder uit het apparaat in de opvangflacon wordt verdreven (Figuur 2E).
OPMERKING: Dezelfde techniek moet worden gevolgd voor het afleveren van het poeder in de longen van muizen. - Gebruik voor het analyseren van de inhoud en reproduceerbaarheid van de afnameflacon een geschikte analysemethode voor de specifieke API, zoals UV-zichtbare (UV-Vis) spectrofotometrie of hoogwaardige vloeistofchromatografie (HPLC).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De aërosolprestaties van verschillende gesproeidroogde poeders werden voorafgaand aan gebruik in dit onderzoek vastgesteld. De aerodynamische deeltjesgrootteverdeling (APSD) werd beschreven door de massamediane aerodynamische diameter (MMAD), die de grootte vertegenwoordigt die de verdeling in tweeën deelt bij het 50epercentiel (d50), en de geometrische standaarddeviatie (GSD), die de breedte van de verdeling weergeeft. De GSD wordt gedefinieerd door de vierkantswortel van de aerodynamische diameter bij het 80e percentiel gedeeld door die bij het 16e percentiel (d84/d16)1/2, waarbijde percentielen één standaarddeviatie vertegenwoordigen aan weerszijden van het gemiddelde voor een log-normale verdeling van de massa met betrekking tot de deeltjesgrootte.
Vier representatieve gesproeidroogde poeders kwamen in aanmerking voor levering met behulp van de hierin beschreven dosators. De gesproeidroogde (SD) poeders, waaronder tigecycline (SD-1)3, capreomycinesulfaat (SD-2)16, spectinamide 1599 (SD-3)9 en albuterolsulfaat (SD-4) API's met hulpstoffen, vertegenwoordigen een reeks antibacteriële en luchtwegverwijdende formuleringen die zijn ontwikkeld voor een verscheidenheid aan toepassingen. Voorafgaand aan het gebruik in de doseerders werd de aerodynamische deeltjesgrootteverdeling voor de vier poeders bepaald met behulp van een inhalator met droge poeders met lage weerstand en een krachtige cascade-impactor volgens USP General Chapter <601> (zie materiaaltabel). De MMAD's van SD-1, SD-2, SD-3 en SD-4 waren respectievelijk 2,6 ± 0,1 μm (GSD = 2,1 ± 0,1), 1,7 ± 0,1 μm (GSD = 2,4 ± 0,1), 1,7 ± 0,4 μm (GSD = 2,7 ± 0,5) en 2,2 ± 0,2 μm (GSD = 2,1 ± 0,3). De vier poeders vertoonden fijne deeltjesfracties (<4,46 μm), met betrekking tot de uitgestoten dosis, van respectievelijk 68% ± 1%, 82% ± 1%, 77% ± 1% en 68% ± 2% voor SD-1, SD-2, SD-3 en SD-4. De vier poeders worden gevisualiseerd met behulp van scanning-elektronenmicroscopie in figuur 4.
Elk poeder werd bereid in afzonderlijke aliquots van 30-35 mg en de roestvrijstalen naald (21 G) van de doseerder werd 1 tot 4 keer in het poederbed gestampt. De doseerder (21 G roestvrijstalen binnennaald en 16 G polypropyleen buitennaald) werd in een afgesloten injectieflacon met 5 ml water gebracht. Na voorzichtig mengen werd de oplossing geanalyseerd via UV-zichtbare spectrofotometrie (λ = 351 nm, 268 nm, 271 nm en 230 nm voor respectievelijk SD-1, SD-2, SD-3 en SD-4) om de dosis poeder die uit de doseerder vrijkomt te controleren. De toegediende dosis als functie van het aantal tamps in het poederbed is weergegeven in figuur 5. Met name alle gesproeidroogde poeders vertoonden een lineaire dosis-respons (R2 > 0,97) van 1 tot 4 tamps met deze dosators. Voor SD-1 leidde één tamp tot een poederafgifte van 209 ± 99 μg, waarbij elke volgende tamp ~130 μg toevoegde (Figuur 5A). De andere poeders vertoonden vergelijkbare trends, waarbij de eerste tamp een grotere dosis poeder opliep dan de volgende tamps. Voor SD-2 (Figuur 5B), SD-3 (Figuur 5C) en SD-4 (Figuur 5D) leidde één tamp tot een afgifte van 268 ± 88 μg, 332 ± 95 μg en 412 ± 72 μg, waarbij elke volgende tamp een kleinere hoeveelheid van 170-230 μg toevoegde. De lineaire respons voor elk poeder maakt controle mogelijk bij het laden van geneesmiddelen, waarbij de vier poeders, SD-1, SD-2, SD-3 en SD-4, haalbare bereiken van respectievelijk 210-570 μg, 270-780 μg, 330-870 μg en 410-1120 μg aantonen. Hoewel ze allemaal lineair en reproduceerbaar zijn, benadrukken de verschillen tussen het ene gesproeidroogde poeder en het andere de noodzaak om de dosis die vrijkomt uit de doseerders te karakteriseren voor het specifieke droge poeder van belang.
Dosators met een kleinere diameter werden ook voorbereid om het gebruik ervan bij kleinere/jongere muizen te evalueren. Het oorspronkelijke ontwerp dat in de vorige paragraaf is beschreven, is gemaakt met behulp van een buitennaald van 16 G polypropyleen (buitendiameter = 1,7 mm). De roestvrijstalen naald van 21 G die in deze doseerders wordt gebruikt, is ook compatibel met een buitennaald van 20 G PTFE (buitendiameter = 1,2 mm), zoals gerapporteerd door Stewart et al.9 Figuur 6A toont het gebruik van 21 G roestvrijstalen / 20 G PTFE-dosators met poederformulering SD-1. Er wordt een lichte daling van de haalbare dosis waargenomen in vergelijking met de 21 G roestvrijstalen / 16 G polypropyleen dosators, waarbij de initiële tamp resulteert in een dosis van 111 ± 62 μg en elke volgende tamp ~96 μg toevoegt (Figuur 6A). De grotere lengte van de PTFE-naald (5,08 cm) in vergelijking met de polypropyleennaald (3,81 cm) en de flexibiliteit van de naald kunnen leiden tot poederverlies. Polypropyleen buitennaalden met een kleinere diameter werden ook geëvalueerd, maar vereisten roestvrijstalen binnennaalden met een kleinere diameter. Voor polypropyleennaalden van 18 G (buitendiameter = 1,3 mm) en 20 G (buitendiameter = 1,0 mm) waren respectievelijk 22 G en 25 G roestvrijstalen binnennaalden nodig. Zoals verwacht verlaagde het verkleinen van de binnenste naalddiameter de haalbare dosis. Dosators van 22 G roestvrij staal/18 G polypropyleen, weergegeven in figuur 6B, vertoonden een SD-1-dosis van 82 ± 31 μg met één tamp, waarbij elke volgende tamp de dosis met ~41 μg verhoogde. Dosators van 25 G roestvrij staal/20 G polypropyleen, weergegeven in figuur 6C, vertoonden een kleinere SD-1-dosis van 29 ± 17 μg, waarbij extra tamps de afgegeven dosis minimaal verhoogden (~4 μg/tamp). Figuur 6D toont een vergelijking van de vier dosatorsystemen die hierin worden geëvalueerd bij gebruik van 4 tamps poederformulering SD-1 en benadrukt dat het dosatorsysteem kan worden aangepast aan de doseringsbehoeften en leeftijd/grootte van het dier.
Figuur 1: Aangepaste naaldvoorbereiding. (A) Gemodificeerde roestvrijstalen naald met plastic luer lock-gedeelte bijgesneden tot 2-3 mm. (B-C) Inbrengen van een gemodificeerde roestvrijstalen naald in een polypropyleen naald. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Schema voor het laden en bedienen van poeder. (A-E) Schema van het laden van poeder, de montage van de dosator en de bediening van de geassembleerde dosator. Lucht wordt door de binnenste roestvrijstalen naald geperst, waardoor poeder uit de doseerder wordt gedoseerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Verwijderen van poederresten aan de buitenkant van de binnennaald. (A) Gemodificeerde roestvrijstalen naald met poeder dat aan de buitenkant van de naald wordt vastgehouden na het aanstampen in het poederbed. (B) Gemodificeerde roestvrijstalen naald met schoon oppervlak na voorzichtig afvegen met een pluisarme wisser. (C) Visualisatie van de binnenkant van een naald die poeder bevat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Gesproeidroogde poeders. Representatieve scanning-elektronenmicroscopiebeelden van gesproeidroogde poeders bereid uit vier verschillende API's. Droge poeders omvatten (A) SD-1, (B) SD-2, (C) SD-3 en (D) SD-4. Alle beeldvorming werd uitgevoerd met een vergroting van 10.000x, waarbij de schaalbalk gelijk was aan 5 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Kwantificering van het geleverde poeder. Massa poeder geleverd door doseerders (21 G roestvrijstalen binnennaald en 16 G polypropyleen buitennaald) als functie van tamps in een poederbed van vier gesproeidroogde poeders, waaronder (A) SD-1, (B) SD-2, (C) SD-3 en (D) SD-4 (n ≥ 3, gemiddelde ± standaardafwijking). De helling, die de massa poeder aangeeft die per laadtamp wordt verspreid, en de goede pasvorm (R2) tot een lineaire curve zijn inbegrepen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Kwantificering van poeder dat wordt geleverd met naalden met een kleinere diameter. Massa SD-1-poeder geleverd door doseerders bereid met naalden met een kleinere diameter, waaronder (A) 21 G roestvrijstalen binnennaald met 20 G PTFE-buitennaald, (B) 22 G roestvrijstalen binnennaald met 18 G polypropyleen buitennaald en (C) 25 G roestvrijstalen binnennaald met 20 G polypropyleen buitennaald (n ≥ 3, gemiddelde ± standaarddeviatie). De helling, die de massa poeder aangeeft die per laadtamp wordt verspreid, en de goede pasvorm (R2) tot een lineaire curve zijn inbegrepen. De y-as wordt geschaald om te passen bij de gegevens in elke figuur. Een vergelijking van de dosis SD-1 die wordt toegediend door alle dosatortypes na 4 tamps in het poederbed wordt weergegeven in (D). Afkortingen zijn onder meer: RVS, roestvrij staal; PP, polypropyleen; PTFE, polytetrafluorethyleen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Aangezien muizen obligate neusademhalers zijn, maakt toediening via passieve inhalatie voor eerste proof-of-concept-studies de efficiëntie en dosisschatting een uitdaging, aangezien het poeder de neus en keel moet passeren op een manier die afhankelijk is van de deeltjeseigenschappen en de efficiëntie van de poederdispersie 7,8,14. Het gebruik van de hierin ontwikkelde dosators omzeilt de neus en keel, waarbij de dosator wordt ingebracht in de eerste bronchiale bifurcatie9, en levert de volledige dosis rechtstreeks aan de longen van muizen, waardoor een nauwkeurigere dosiscontrole voor de eerste onderzoeken mogelijk is. Deze dosators vertegenwoordigen een reproduceerbare en aanpasbare toedieningsmethode voor intratracheale toediening aan muizen en in vitro evaluatie van poederprestaties.
Dosators met naalden van 21 G roestvrij staal en 16 G polypropyleen waren in staat om 200-1100 μg te laden en af te geven, afhankelijk van de formulering en het aantal tamps, wat typisch een geschikte dosis is voor muizen. Laden van meer dan 4 tamps was mogelijk voor bepaalde formuleringen, zoals SD-1 en SD-2, die de poederdispersie tot ten minste 5 tamps behielden, maar het laden van meer dan 4 tamps werd een uitdaging voor formuleringen zoals SD-3 en SD-4. Als het poeder na verder aanstampen te dicht in de binnennaald kwam te zitten, was een bolus van 0,15-0,6 ml lucht onvoldoende om het poeder los te maken en te verspreiden. Hoewel een groter volume van 1-2 ml deze geladen poeders kan verspreiden, kunnen deze volumes trauma veroorzaken bij muizen en moeten ze worden vermeden 8,15. In alle gevallen moet voorzichtig worden aanstampen om dit effect te minimaliseren. Als gevolg hiervan beperkt dit effect de belasting boven 600-1100 mg, afhankelijk van de formulering. Hoewel geschikt voor muizen, moet een grotere doseerder van het reservoirtype worden gebruikt voor dieren die een grotere dosisnodig hebben 10. Dosators met een kleinere diameter (1,0-1,3 mm buitendiameter) werden ook ontwikkeld en geëvalueerd met SD-1. De hoogste dosis voor een kleinere doseerder werd waargenomen bij het combineren van een roestvrijstalen binnennaald van 21 G met een PTFE-buitennaald van 20 G. Farmacokinetische studies bij muizen zijn eerder uitgevoerd door Stewart et al. met dit dosatorsysteem, waarbij het succesvolle gebruik ervan werdbenadrukt9. Kleinere dosators waren ook mogelijk met behulp van polypropyleen buitennaalden, maar resulteerden in lagere haalbare doses, wat een beperking in het systeem benadrukte. De dosis wordt sterk beïnvloed door de naalddiameter, en de hogere doses die zijn gerapporteerd voor de 21 G roestvrijstalen / 16 G polypropyleen dosators zijn mogelijk niet mogelijk voor gebruik bij muizen die te klein/jong zijn.
Er is bevestigd dat de dosatorsystemen werken voor de vier gesproeidroogde poeders die hierin worden besproken. Alle deeltjessystemen in deze studie zijn echter gemanipuleerde deeltjes met een lage dichtheid die een uniforme bulkdichtheid hebben. De werkzaamheid in andere deeltjessystemen waar de uniformiteit van het poederbed niet kan worden gegarandeerd, is nog niet geëvalueerd en leidt mogelijk niet tot reproduceerbare afgifte. Aanvullende evaluatie zal van geval tot geval nodig zijn voorafgaand aan het gebruik van het dosatorsysteem.
We beschrijven het gebruik van een precisie-sectiezaag voor het voorbereiden van de binnendoseernaalden, maar een bandschuurmachine kan ter plaatse worden gebruikt. Als een bandschuurmachine wordt gebruikt, is het belangrijk om een kleinere naald of draad door de binnenste roestvrijstalen naald te schuiven om ervoor te zorgen dat de naald open is en niet in het proces is afgesloten. Dit is niet opgemerkt als een probleem bij het gebruik van de precisie-sectiezaag.
De lage kosten en het gemak van bereiding van de doseerders vergemakkelijken het gebruik ervan als wegwerpafgiftemiddelen voor eenmalig gebruik, waarbij het opnieuw laden van het apparaat en het reinigen/steriliseren tussen gebruik niet nodig is. Bedden van het droge poeder kunnen vooraf worden gevuld en opgeslagen op basis van de API- en formuleringsopslagvereisten, waardoor de gebruiker de naald alleen in het poeder hoeft te stampen voordat deze wordt gemonteerd en geactiveerd. Het vullen van de poederbedbuis kan worden uitgevoerd in een laboratoriumomgeving waar een balans en kap beschikbaar zijn, waardoor er minimale apparatuur aanwezig hoeft te zijn in het proefdierlaboratorium10. De dosators zijn ontworpen voor voorlopige, proof-of-concept-studies bij muizen en demonstreren een nauwkeurige en reproduceerbare belasting.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat ze geen belangenconflict hebben.
Acknowledgments
De auteurs willen de financiering van de National Institutes of Health (R01AI155922) erkennen. Microscopie werd uitgevoerd in het Chapel Hill Analytical and Nanofabrication Laboratory (CHANL), een lid van het North Carolina Research Triangle Nanotechnology Network, RTNN, dat wordt ondersteund door de National Science Foundation, Grant ECCS-1542015, als onderdeel van de National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, NNCI.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.6 mL microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Analytical balance | Mettler Toledo | AR1140 | Any analytical balance with sufficient range can be used |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 25 G | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Disposable syringe with luer lock (1 mL) | Fisher Scientific | 14-823-30 | 3-mL syringes can also be used |
| Female BALB/c mice | Charles River, Wilmington, MA, USA | ||
| High-performance cascade impactor | Next Generation Impactor | Apparatus 5 | |
| Lab film (e.g., Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Low-lint wiper (e.g., Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Low-resistance dry powder inhaler | RS01 mod 7 | ||
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Precision sectioning saw | TedPella | 812-300 | Belt sander can be used as an alternative |
| PTFE needle, 2 inch, 20 G | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP General Chapter <601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
References
- Wu, X., Li, X., Mansour, H. M. Surface analytical techniques in solid-state particle characterization for predicting performance in dry powder inhalers. KONA Powder and Particle Journal. 28, 3-18 (2010).
- Maloney, S. E., Mecham, J. B., Hickey, A. J. Performance testing for dry powder inhaler products: towards clinical relevance. KONA Powder and Particle Journal. 40, 172-185 (2023).
- Maloney, S. E., et al. Spray dried tigecycline dry powder aerosols for the treatment of nontuberculous mycobacterial pulmonary infections. Tuberculosis. 139, 102306 (2023).
- Kaur, J., et al. A hand-held apparatus for "nose-only" exposure of mice to inhalable microparticles as a dry powder inhalation targeting lung and airway macrophages. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 34 (1), 56-65 (2008).
- Yi, J., et al. Whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposures. Journal of Visualized Experiments. (75), e50263 (2013).
- Chung, Y. H., Han, J. H., Lee, Y. -H. A study on subchronic inhalation toxicology of 1-chloropropane. Toxicological Research. 31 (4), 393-402 (2015).
- Kuehl, P. J., et al. Regional particle size dependent deposition of inhaled aerosols in rats and mice. Inhalation Toxicology. 24 (1), 27-35 (2012).
- Manser, M., et al. Design considerations for intratracheal delivery devices to achieve proof-of-concept dry powder biopharmaceutical delivery in mice. Pharmaceutical Research. 40, 1165-1176 (2023).
- Stewart, I. E., et al. Development and characterization of a dry powder formulation for anti-tuberculosis drug spectinamide 1599. Pharmaceutical Research. 36 (9), 136 (2019).
- Durham, P. G., et al. Disposable dosators for pulmonary insufflation of therapeutic agents to small animals. Journal of Visualized Experiments. (121), e55356 (2017).
- Miwata, K., et al. Intratracheal administration of siRNA dry powder targeting vascular endothelial growth factor inhibits lung tumor growth in mice. Molecular Therapy: Nucleic Acids. 12, 698-706 (2018).
- Duret, C., et al. Pharmacokinetic evaulation in mice of amorphous itraconazole-based dry powder formulations for inhalation with high bioavailability and extended lung retention. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 86 (1), 46-54 (2014).
- Maloney, S. E., et al. Preparation strategies of the anti-mycobacterial drug bedaquiline for intrapulmonary routes of administration. Pharmaceuticals. 16 (5), 729 (2023).
- Price, D. N., Kunda, N. K., Muttil, P. Challenges associated with the pulmonary delivery of therapeutic dry powders for preclinical testing. KONA Powder and Particle Journal. 36, 129-144 (2019).
- Qiu, Y., Liao, Q., Chow, M. Y. T., Lam, J. K. W. Intratracheal administration of dry powder formulation in mice. Journal of Visualized Experiments. (161), e61469 (2020).
- Fiegel, J., et al. Preparation and in vivo evaluation of a dry powder for inhalation of capreomycin. Pharmaceutical Research. 25 (4), 805-811 (2008).
