يتطلب تطوير المسحوق الجاف الصيدلاني اختبارا موثوقا به في الجسم الحي ، غالبا باستخدام نموذج الفئران. يتم تقييد تقنية الجهاز لتوصيل الهباء الجوي المسحوق الجاف بدقة وتكرار إلى الفئران. تقدم هذه الدراسة جرعات يمكن التخلص منها لتوصيل الدواء الرئوي بجرعات ذات صلة بالفئران ، مما يساعد في البحث الأولي لإثبات المفهوم.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
الجرعات التي تستخدم لمرة واحدة مخصصة لتوصيل المسحوق الجاف إلى الفئران
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
توفر أجهزة الاستنشاق بالمسحوق الجاف العديد من المزايا لتوصيل الأدوية إلى الرئتين ، بما في ذلك تركيبات الأدوية الصلبة المستقرة ، وقابلية نقل الجهاز ، وقياس البلعة والجرعات ، وآلية التشتت الخالية من الوقود. لتطوير منتجات الهباء الجوي بالمسحوق الجاف الصيدلاني ، يعد الاختبار القوي في الجسم الحي أمرا ضروريا. عادة ، تتضمن الدراسات الأولية استخدام نموذج الفئران للتقييم الأولي قبل إجراء دراسات رسمية في الأنواع الحيوانية الكبيرة. ومع ذلك ، فإن أحد القيود الكبيرة في هذا النهج هو الافتقار إلى تكنولوجيا الأجهزة المناسبة لتوصيل المساحيق الجافة بدقة وتكرار للحيوانات الصغيرة ، مما يعوق فائدة هذه النماذج. لمواجهة هذه التحديات ، تم تطوير جرعات حقنة يمكن التخلص منها خصيصا لتوصيل المساحيق الجافة داخل الرئة بجرعات مناسبة للفئران. تقوم هذه الجرعات بتحميل وتسليم كمية محددة مسبقا من المسحوق الذي تم الحصول عليه من طبقة مسحوق موحدة الكثافة الظاهرية. يتم تحقيق هذا التحكم المنفصل عن طريق إدخال إبرة حادة على عمق ثابت (دك) في طبقة المسحوق ، وإزالة كمية ثابتة في كل مرة. والجدير بالذكر أن نمط الجرعات هذا أثبت فعاليته لمجموعة من المساحيق المجففة بالرش. في التجارب التي شملت أربعة نماذج مختلفة من المساحيق المجففة بالرش ، أظهرت الجرعات القدرة على تحقيق جرعات في حدود 30 إلى 1100 ميكروغرام. تأثرت الجرعة المحققة بعوامل مثل عدد الحشوات وحجم إبرة الجرعات والتركيبة المحددة المستخدمة. واحدة من الفوائد الرئيسية لهذه الجرعات هي سهولة تصنيعها ، مما يجعلها في متناول الجميع وفعالة من حيث التكلفة لتوصيل المساحيق الجافة للفئران أثناء الدراسات الأولية لإثبات المفهوم. تسهل الطبيعة التي تستخدم لمرة واحدة للجرعات الاستخدام في غرف الإجراءات الحيوانية ، حيث يكون التنظيف وإعادة تعبئة الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام ومواد الوزن غير مريحة. وبالتالي ، فإن تطوير جرعات المحاقن التي تستخدم لمرة واحدة قد عالج عقبة كبيرة في توصيل مسحوق الفئران الجاف لدراسات إثبات المفهوم ، مما مكن الباحثين من إجراء دراسات أولية أكثر دقة وقابلة للتكرار في نماذج حيوانية صغيرة لتوصيل الأدوية الرئوية.
المقدمة
حظي استخدام أجهزة الاستنشاق بالمساحيق الجافة (DPIs) لتوصيل الأدوية الرئوية باهتمام كبير على مدى العقود الثلاثة الماضية بسبب التخلص التدريجي العالمي من وقود الكلوروفلوروكربون 1,2. تقدم DPIs العديد من الفوائد على أنظمة التوصيل الرئوي الأخرى ، مثل أجهزة الاستنشاق بالجرعات المقننة والبخاخات ، بما في ذلك استقرار التركيبة ، وقابلية النقل ، وسهولة الاستخدام ، وآليات التشتت الخالية من الوقود2. ومع ذلك ، قبل نقل منتجات DPI نحو الترجمة السريرية ، يجب إجراء العديد من الدراسات قبل السريرية ، والتي يتم الانتهاء من العديد منها في البداية باستخدام نموذج الفئران. ومع ذلك ، فإن التقنيات المتاحة لتقديم مساحيق جافة بدقة واستنساخ للحيوانات الصغيرة محدودة.
تشمل الطرق الشائعة لتوصيل المساحيق الجافة للحيوانات الصغيرة ، مثل الفئران ، الاستنشاق السلبي3،4،5،6،7 والإدارة المباشرة8،9،10،11،12،13. يتطلب الاستنشاق السلبي عادة غرفة مخصصة تستخدم جرعات كبيرة من المسحوق المجفف بالرش لإعداد سحابة رذاذ كافية. نظرا لأن الفئران تلزم أنفاسالأنف 14 ، فإن الولادة عن طريق الاستنشاق السلبي تتطلب أن ينتقل المسحوق عبر الأنف والحلق للوصول إلى الرئتين ، مما يستلزم الحفاظ على سحابة الهباء الجوي ذات الخصائص الديناميكية الهوائية الكافيةللجسيمات 7,8. في حين أن تقنية مفيدة أكثر صلة من الناحية الفسيولوجية من التسليم المباشر بسبب الاستنشاق نتيجة التنفس الطبيعي14 ، فقد لا تكون مناسبة للدراسات الأولية حيث تكون كتلة المسحوق محدودة.
بدلا من ذلك ، تم الإبلاغ عن عدد من أجهزة التوصيل داخل القصبة الهوائية لتوصيل مسحوق جاف مباشر8،9،10،11،12،13. تتجاوز الأجهزة داخل القصبة الهوائية الأنف والحلق ، وتوصل المسحوق مباشرة إلى الرئتين وتسمح بالتحكم الدقيق في الجرعة المقدمة14. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحضير بعض الأجهزة ، خاصة تلك التي يتم إعدادها باستخدام إجراء تحميلالدك 9 ، بكميات أقل ، وهو اعتبار مهم لدراسات إثبات المفهوم الأولية. وقد أعاق الافتقار إلى أجهزة التوصيل داخل القصبة الهوائية المتاحة عالميا إمكانية استخدامها، مما حد من توافرها وأدى إلى اختلافات بينالمختبرات14. في هذه الدراسة ، نقترح جرعة بسيطة وغير مكلفة ويمكن التخلص منها للتوصيل داخل القصبة الهوائية والتي يمكن استخدامها لدراسات إثبات المفهوم في تطوير الهباء الجوي المسحوق الجاف.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
أجريت جميع التجارب على وفقا لقانون رعاية وسياسة خدمة الصحة العامة بشأن الرعاية الإنسانية واستخدام المختبر. تمت الموافقة على بروتوكول الدراسة من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام التابعة لمركز العلوم الصحية بجامعة تينيسي. تم إعطاء إناث الفئران BALB / c السليمة ، ~ 6-8 أسابيع ، محتوى المسحوق الجاف لجرعة واحدة عن طريق توصيل الهباء الجوي داخل الرئة لدراسة الحرائك الدوائية باستخدام مساحيق سبكتيناميد 1599 الجافة9. تم الحصول على من مصدر تجاري (انظر جدول المواد).
1. تحضير الجرعات ومكونات التعبئة
- قم بقص الجزء البلاستيكي من إبرة حادة من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس 2.54 سم (1 بوصة) (21-25 جم) باستخدام إما منشار تقسيم دقيق (انظر جدول المواد) ، أو صنفرة حزام حتى يتبقى 2-3 مم من اللور البلاستيكي (الشكل 1 أ والشكل 2 أ).
ملاحظة: إذا تم استخدام صنفرة الحزام ، فقد تحتاج إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى التنظيف باستخدام إبرة أو سلك أصغر لإزالة العوائق المحتملة التي تم إنشاؤها. - قطع طرف (1-1.5 سم) من أنبوب طرد مركزي مخروطي 0.6 مل. ملء غيض من الأنبوب مع 30-35 ملغ من مسحوق.
ملاحظة: انظر النتائج التمثيلية للحصول على تفاصيل مثال المساحيق المستخدمة في هذه الدراسة. يجب تقييم أداء مسحوق الهباء الجوي قبل استخدامه في هذا التطبيق باتباع المنهجية القياسية كما هو موضح في الفصل العام USP <601> (انظر جدول المواد). - في حالة تخزين و / أو نقل المسحوق ، استخدم غطاء الأنبوب (مقطوع) لإغلاق القارورة. قم بإحكام غلقه بغشاء بارافين لتقليل تعرض المسحوق للرطوبة المحيطة في حالة التخزين و / أو النقل.
2. تحميل وتجميع الجرعات
- ضع إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ المشذبة في طبقة المسحوق في طرف أنبوب الطرد المركزي المخروطي سعة 0.6 مل عدة مرات حسب الحاجة لتحقيق الجرعة المطلوبة (الشكل 2 ب). امسح جوانب الإبرة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ برفق باستخدام ممسحة منخفضة الوبر لإزالة أي مسحوق زائد (الشكل 3).
- أدخل إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ المحملة برفق في إبرة بولي بروبيلين 3.81 سم (1.5 بوصة) أو إبرة بولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) مقاس 3.81 سم (2 بوصة) (16-20 جم) (انظر جدول المواد) لتجنب إزاحة أي مسحوق (الشكل 1B و C والشكل 2C).
3. تشغيل الجرعات
- اسحب حقنة يمكن التخلص منها إلى الحجم المطلوب ، والذي قد يختلف بناء على التطبيق.
ملاحظة: للإعطاء داخل الرئة في الفئران ، عادة ما يكون 0.15-0.6 مل مناسبا 8,9. - قم بتوصيل المحقنة بقفل luer على إبرة البولي بروبلين أو PTFE (الشكل 2 د).
- أدخل نهاية إبرة الجرعات في الهدف المطلوب. لتحليل محتوى المسحوق وقابليته للتكاثر ، أدخل الإبرة من خلال حاجز مطاطي مثقب أو فيلم بارافين في قنينة تحتوي على كمية صغيرة (على سبيل المثال ، 1-5 مل) من الماء و / أو مذيب عضوي (مثل الإيثانول) ، مع هوية المذيب وحجمه يعتمد على الخصائص الفيزيائية للمكون الصيدلاني النشط (API) وطريقة القياس الكمي.
- للتسليم إلى الفئران ، أدخل الإبرة حتى التشعب القصبي الأول للقصبة الهوائية للفئران المخدرة باتباع البروتوكولات المعمول بها 9,15.
- اضغط على المحقنة بقوة ، واطرد المسحوق من الجهاز إلى قارورة التجميع (الشكل 2E).
ملاحظة: يجب اتباع نفس التقنية لتوصيل المسحوق إلى رئتي الفئران. - لتحليل المحتوى وقابلية التكاثر من قارورة المجموعة ، استخدم طريقة تحليلية مناسبة لواجهة برمجة التطبيقات المحددة ، مثل القياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (UV-Vis) أو الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
تم تحديد أداء الهباء الجوي لمختلف المساحيق المجففة بالرش قبل استخدامها في هذه الدراسة. تم وصف توزيع حجم الجسيمات الديناميكية الهوائية (APSD) من خلال متوسط القطر الديناميكي الهوائي للكتلة (MMAD) ، والذي يمثل الحجم الذي يقسم التوزيع إلى قسمين عندالنسبة المئوية 50 (d50) ، والانحراف المعياري الهندسي (GSD) ، مما يعكس اتساع التوزيع. يتم تعريف GSD من خلال الجذر التربيعي للقطر الديناميكي الهوائي عند النسبة المئوية 80 مقسوما على ذلكعند النسبة المئوية 16 (d84 / d16) 1/2
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
نظرا لأن الفئران تلزم أنفاس الأنف ، فإن التسليم عن طريق الاستنشاق السلبي لدراسات إثبات المفهوم الأولية يجعل الكفاءة وتقدير الجرعة أمرا صعبا حيث يجب أن يمر المسحوق عبر الأنف والحلق بطريقة تعتمد على خصائص الجسيمات وكفاءة تشتت المسحوق7،8،14. إن استخدام الجرعات المطورة هنا يتجاوز الأنف والحلق ، مع إدخال الجرعات في تشعب الشعب الهوائية الأول9 ، ويوصل الجرعة الكاملة مباشرة إلى رئتي الفئران ، مما يسمح با...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
يعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.
شكر وتقدير
يرغب المؤلفون في الاعتراف بالتمويل من المعاهد الوطنية للصحة (R01AI155922). تم إجراء الفحص المجهري في مختبر تشابل هيل التحليلي والتصنيع النانوي (CHANL) ، وهو عضو في شبكة تكنولوجيا النانو مثلث أبحاث نورث كارولينا ، RTNN ، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم ، Grant ECCS-1542015 ، كجزء من البنية التحتية الوطنية المنسقة لتكنولوجيا النانو ، NNCI.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.6 مل أنابيب الطرد المركزي الدقيقة | فيشر ساينتفيك | 05-408-120 | |
| الميزان التحليلي | Mettler Toledo | AR1140 | يمكن استخدام أي ميزان تحليلي بنطاق كاف |
| إبرة بلانت من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 1 بوصة ، 21 جرام | ماكماستر كار | 75165A681 | |
| إبرة بلانت من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 1 بوصة ، 22 جرام | ماكماستر كار | 75165A683 | |
| إبرة حادة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، 1 بوصة ، 25 جرام | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| حقنة يمكن التخلص منها مع قفل لور (1 مل) | أيضا استخدام محاقن | Fisher Scientific | 14-823-30 |
| أنثى الفئران BALB / c ؛ | نهر تشارلز ، ويلمنجتون ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية | ||
| تأثير متتالي عالي الأداء ؛ | الجيل القادم من جهاز الاصطدام | 5 | |
| فيلم مختبر (على سبيل المثال ، Parafilm) ممسحة | فيشر Scientific | S37440 | |
| منخفضة الوبر (على سبيل المثال ، Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| جهاز استنشاق مسحوق جاف منخفض المقاومة | إبرة البولي بروبلين RS01 mod 7 | ||
| ، 1.5 بوصة ، 16 جرام | ماكماستر كار | 6934A111 | |
| إبرة بولي بروبلين ، 1.5 بوصة ، 18 جرام | ماك ماستر كار | 6934A53 | |
| إبرة بولي بروبلين ، 1.5 بوصة ، 20 جرام | ماكماستر كار | 6934A55 | |
| منشار التقسيم | الدقيق يمكن استخدام آلة | صنفرة الحزام TedPella | 812-300 |
| إبرة PTFE ، 2 بوصة ، 20 جرام | ماكماستر كار | 75175A694 | |
| USP الفصل العام < ؛ 601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
المراجع
- 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).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
