用于小动物肺部药物吹入治疗的可弃式给药器

摘要

在开发用于肺部给药的药物时，有必要在动物模型中评估其药代动力学和疗效。本文介绍一种利用市售组件构建一次性气溶胶分散系统的方法，可用于向啮齿类动物递送肺内干粉气溶胶。

摘要

新型治疗产品的开发需要在动物模型中进行有效性测试。肺部给药途径可用于实现药物的局部和全身递送。评估干粉气溶胶需要高效的分散机制，以在暴露室中维持高浓度，或用于直接经气管给药。虽然已有方法可使动物通过被动吸入接触干粉气溶胶，但大多数方法所需的粉末质量远超过实际递送剂量。这限制了早期可行性研究的开展，因为在研究或早期开发阶段，药物的供应量不足以满足传统气溶胶递送系统对剂量递送的要求。在设计气溶胶药物产品时，空气动力学性能可直接影响递送效率和疗效。将粉末分散成气溶胶需要输入足够的能量以克服颗粒间的相互作用力，而颗粒工程策略可显著改善气溶胶性能。我们开发了一种分散系统（递送装置），能够高效地将工程化干粉气溶胶雾化，用于直接肺部吹入、进入暴露系统的分散，或用于分析目的的气溶胶生成。

引言

新型治疗产品的开发需要在动物模型中进行有效性测试。肺部给药途径可用于药物的局部和全身递送¹。干粉气溶胶的评估需要高效的分散机制，以在暴露室中维持高浓度，或用于直接经气管给药。尽管已有方法可实现动物对干粉气溶胶的被动吸入暴露，但大多数方法所需的粉末质量远超过实际递送剂量²。

这使得早期可行性研究难以开展，因为在研究或早期开发阶段可获得的药物量不足，无法满足传统气溶胶递送系统对剂量递送的要求。

在设计气溶胶药物产品时，空气动力学性能可直接关系到递送效率和疗效³。将粉末分散成气溶胶需要输入足够的能量以克服颗粒间的相互作用力，而颗粒工程方法可显著改善气溶胶性能^4,5,6。我们开发了一种分散系统（给药器），可高效地将工程化干粉气溶胶化，用于直接肺部吸入、进入暴露系统或用于分析目的的气溶胶生成。

方案

1. 计量装置组件的准备

1. 使用钻头或砂轮，或用锋利的剪刀简单研磨或剪切，将一个0.5 mL聚丙烯微量离心管的底部打孔。确保孔位于中心位置，直径不超过2 mm且不小于1 mm（图1）。
2. 在微量离心管的管盖顶部打孔。使用#22钻头（直径约4 mm），在管盖中心钻一个孔。此孔可适配推压式移液器头（图1）。
3. 准备需插入微量离心管中的细筛网。筛网由304不锈钢丝网制成，规格为60 × 60目，钢丝直径为0.0045"。使用剪铁皮剪刀或模具冲压，将筛网裁剪或冲压成外径5 mm的圆形（图2）。

2. 加样器的组装

1. 使用镊子或钝头针的末端，将筛网插入微量离心管中，并将其压至管底，使其覆盖管口。这将用于在触发前支撑粉末。
2. 将微量离心管尖的窄端压入钝头针的末端。可通过手工或使用台式压机和导向装置完成。用乙醇轻轻擦拭针头顶部和管底，以清洁部件，确保形成紧密且牢固的连接。

3. 填充定量加样器

1. 使用分析天平，将装置去皮后，向给药器中加入所需量的粉末。用于分散的典型粉末质量范围为 1 至 10 mg。
2. 装填完毕后，用适量棉花和一对镊子塞住微量离心管顶部。这可以防止粉末被吸入注射器或掉落，同时允许气流通过给药器以分散粉末。
3. 盖紧微量离心管盖。
4. 若不立即使用，可用少量实验室封膜密封管口，以尽量减少粉末暴露于环境湿气中。注：通常，预装的给药器应根据活性药物成分（API）的储存要求进行保存。气雾粉末通常对湿气敏感，应置于干燥环境中储存。

4. 设备启动

1. 将注射器回抽至所需体积，具体体积可能因应用而异。在豚鼠的肺内给药中，使用 2 mL。分散效率与给药时输送的空气体积和速度以及粉末本身的分散特性相关⁷。剂量控制器顶部的孔适用于接头式注射器。若使用鲁尔锁式注射器，需配合转接器使用。
2. 将注射器插入剂量控制器的后端。
3. 将剂量控制器的针头端插入暴露室的给药口。用力推动注射器，使粉末从装置中喷出，直接进入动物体内、暴露室或分析仪器中（图 3）。

结果

对于易于分散的粉末，例如旨在用于肺部给药而经喷雾干燥制备的粉末 ^5,8,9，计量装置可将单次剂量的样品从设备中释放出来。计量装置有多种应用，包括 体外 颗粒表征、活体动物直接肺内给药，以及用于被动吸入系统的气溶胶生成。

为验证从给药器中粉末分散的效率，采用了一个先前构建的仅鼻部暴露的暴露室。该暴露室的主要特点是具有一个小的中央腔室和低气流，可实现高浓度气溶胶的生成。给药室由丙烯酸材料制成，中央气溶胶舱室直径为4英寸、长度为3英寸，并配有锥形鼻锥，用于评估被动吸入条件下的气溶胶暴露（图4）。

使用该...

讨论

给药器产生的分散物适合动物通过被动式仅鼻呼吸接受治疗剂量，表明大部分气溶胶分散为初级粒子尺寸。这些给药器可用于经气管给药、粉末性能的体外评价，以及用于分析或有效性实验的常规干粉气溶胶分散。若用于肺内给药，必须根据所选物种使用适当体积的空气，因为肺过度膨胀可能导致组织损伤并干扰药代动力学结果。已有研究在豚鼠中使用5 mL的气量并采用类似装置¹⁰，但其他研究表明，单次给予2 mL空气即可导致大鼠出现肺损伤¹¹。

由于组件成本较低且制备简便，这些给药装置可作为一次性耗材使用。相比之下，重复使用装置需要在每次给药后重新填充¹²，这会使动物实验操作变得复杂，并要求动物技术人员执行在大多数设施中难以顺利实施的任务。填充操作可在专门的剂量配制实验室中进行（配备天平、通风橱或手套箱以及支持向给药腔内精确称量小质量样品的设备），然后将样品转移至动物操作室，从而避免在同一实验室内同时进行这两项操作。当动物实验需要额外的生物安全控制时，这种分离...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
0.5 mL 微量离心管	VWR	89000-026
高流量颗粒过滤不锈钢丝网布，编织型，304 不锈钢，60 × 60 目，0.0045" 丝径	McMaster Carr	9230T44
不锈钢 dispensing 针头，直型，18 号，1" 长	McMaster Carr	75165A676	任何可接鲁尔接口的针头均可使用
脱脂棉球	McMaster Carr	54845T16
Parafilm M® 实验室封口膜	VWR	100229-550
黑色氧化高速钢标准钻头，22 号线规，总长 3-1/8"，钻孔深度 1.8"，135° 尖端角度	McMaster Carr	2901A195