全身和局部给药治疗的中枢神经系统疾病的啮齿动物模型
August 16th, 2010
彻底在中枢神经系统的药物，临床前试验，往往涉及的评估和比较药物体内分布与管理的具体路线协会。在这里，三个系统性交付的常用方法（静脉，腹腔，口腔），以及为本地传递方法（对流增强交付）在小鼠体内证明。
在本视频文章中，演示了四种将药物输送到中枢神经系统的方法。前三种方法是静脉注射、腹膜注射和口服灌胃。所有这三种方法都导致药物的全身递送。
最后一种方法是将局部药物输注到小鼠的大脑中。对于这种方法，在体内，使用光学成像来验证正确的输注。这三种全身给药技术是临床前环境中广泛使用的标准程序。
局部给药技术更具挑战性，但允许绕过血脑屏障直接将药物给药到大脑。这些方法可以帮助回答关键问题。在新的肿瘤学中，例如诺贝尔疗法的疗效和分布，尽管这些方法可以为脑肿瘤的新疗法提供见解。
这些方法也可以应用于中枢神经系统的其他疾病，例如神经退行性疾病和精神疾病。使用加热灯扩张 5 到 10 分钟的尾静脉加热器鼠，时刻仔细监测鼠标，以避免在加热小鼠时体温过低。将药物装入 28 号胰岛素注射器中。
一次注射的小鼠体积不应超过小鼠体重的 1%。5 到 10 分钟后。要将鼠标转移到鼠标尾部的固定装置上，有四个可见的血管。
背血管和外侧血管是静脉。腹侧血管是一条进入外侧尾静脉的动脉，将鼠标的尾巴保持在最远端，并将其旋转 90 度，使静脉朝上。用酒精棉签清洁注射部位。
接下来，将准备好的注射器斜面部位向上插入静脉。如果针头正确放置在静脉中，它应该可以自由移动且没有压力。在 5 到 10 秒内以均匀的压力缓慢注射药物。
如果尾部肿胀，请停止注射，因为这表明针头不再在静脉中。注射后，对注射部位施加轻柔的压力，直到出血停止。这通常需要 30 到 60 秒。
监测鼠标 5 到 10 分钟，以确保没有进一步的出血。通过在注射器中加入 28 号针头来准备此程序。通过尾巴将鼠标从笼子中取出，并将其放在有纹理的表面（如笼盖）上，以便鼠标有东西可以抓握。
让鼠标伸展其身体。接下来，抓住鼠标背面的皮肤，注意用拇指、食指和中指轻轻捏住尽可能多的皮肤。将鼠标翻转过来，使鼠标的腹部朝上。
如果鼠标可以自由移动头部，请松开手柄并重试。为避免在注射过程中被咬伤，请将鼠标稍微倒置，以帮助将器官从注射部位移开。将准备好的注射器针头以 30 度角插入鼠标的左下象限，以确保针头位于腹膜内间隙。
向后拉注射器柱塞。如果没有液体吸入注射器中，则在 1 到 5 秒内以均匀的压力注入注射器内容物。释放鼠标。
注射后监测鼠标 5 到 10 分钟，以确保其恢复到正常的活动水平。通过确定针头可以插入小鼠嘴里多远来开始口服管饲法。在最后一根肋骨处握住一根 18 G 球头弯曲的管饲针。
使用永久性记号笔标记长度。称量鼠标以确定进样体积。口服强饲法可输送的最大体积为每公斤体重 10 毫升。
然后装入针头。接下来，使用与腹膜内注射相同的握把抑制鼠标。将管饲针插入舌头上方的口腔中，然后将针头穿过咽部，以避免刺穿食道。
请勿将针插入超过停止标记。针头应在没有任何压力的情况下平稳进行。针头就位后，慢慢按下柱塞。
以插入针头的相同角度拔出针头。请勿尝试注入比建议的更大的卷。因为这可能导致反流和药物输送不完全。
将鼠标放回笼子中并监控 5 到 10 分钟。密切注意呼吸困难的任何迹象，这可能表明液体已进入肺部。根据需要重复此过程。
由于24 小时内最多可以给予 3 剂，因为用于啮齿动物的抗反流 CED 套管尚未上市。构建一个由三部分组成的套管。一根直径为 100 微米的二氧化硅管，注入 8 个流经该管。
用于结构支撑的刚性金属针和用于加载输液的柔性特氟龙管。八。为了准备手术区域，用 2% 洗必泰消毒剂喷洒所有表面。然后用吸水窗帘覆盖表面。
手术区域应放置以下用品。选择更多的石油培养皿，一个含有 3% 过氧化氢，一个含有 2% 洗必泰无菌 GRE 和棉签。无菌一次性 21 号手术刀高压灭菌器、小鼠皮肤吻合器、订书钉和订书钉去除器。
无菌 20 号针头加热垫，用于保持小鼠体温，小鼠立体定位框架和控速注射泵。要设置套管，请将 1 毫升注射器连接到 Teflon 管上。使用一组塑料注射器适配器，将套管固定在立体定位框架上，使其垂直于手术表面。
使用 1 毫升注射器，通过流入 70% 乙醇对套管进行消毒。使用无菌盐水重复此过程。然后检查套管关节周围是否有任何渗漏。
向后拉注射器，使一个小气泡吸入套管中。这个气泡会将注入 8 与盐水分离。接下来，向后加载 infuse 8。
通过短暂运行套管来灌注泵。用蘸有 2% 洗必泰的无菌血物交换麻醉小鼠的皮肤，涂抹眼药膏以在手术过程中保持足够的眼睛水分。使用无菌手术刀，沿颅骨中心创建一个矢状切口，长约 1.5 厘米。
使用浸泡在 3% 过氧化氢溶液中的棉签清洁颅骨表面。此时颅骨的缝合线应该很明显。如果没有，请用浸泡在 3% 过氧化氢溶液中的新鲜棉签轻轻擦拭颅骨。
确定 bgma，然后向右测量 2 毫米，向后测量 1 毫米以定位输液部位。使用无菌的 20 号针头，此时将针头扭向颅骨，轻轻地在颅骨上打一个孔。避免将针头向下压在颅骨上。
此时，将鼠标转移到立体定位框架并开始施用吸入麻醉剂。在低级别。仔细监测鼠标呼吸频率的变化，并相应地调整麻醉剂。
所以下一步可能是整个方法中最困难的方面。放置套管时，请务必将其置于孔的中心。为此，请从各个角度检查套管的位置。
接下来，将套管放在颅骨孔上，然后将套管降低到颅骨表面以下 3 毫米处。在输注结束时，使用此处显示的速率和持续时间打开注射泵，开始输注。慢慢取出套管，用 3% 过氧化氢交换颅骨。
使用镊子将无菌骨蜡涂抹在孔上。将皮肤拉在一起并装订以闭合。皮下注射丁丙诺啡以缓解术后疼痛。
将鼠标放在加热垫上的笼子中，以避免体温过低。不要将正在恢复的鼠标与其他活跃的鼠标放在一起。术后监测小鼠，直到它恢复意识和活动能力。
由于手术时间长，鼠标可能需要长达一个小时才能恢复全部活动。如果要进行成像，最好等待 2 到 3 小时再对荧光标记的输液进行成像。八。CED 给药后，使用适合正在成像的荧光的滤光片设置，将麻醉的小鼠背侧部位定位在成像站中。
获取 CED 的映像。成功的输注应该显示输注部位附近颅骨中的大部分物质。对治疗没有不良反应是注射成功的重要指标。
以下是尾部注射不当、尾部大小或颜色外观发生变化、尾部气泡或水泡、表明皮下注射而不是静脉内分娩的指标。用于腹膜内注射。皮肤上的肿块或腹部变色可能表明皮下注射或内部结构受损。
在口服灌胃中，呼吸困难或咳嗽的小鼠可能表明液体被注射到肺部而不是胃中。对于 CED，神经功能对于评估治疗的成功实施很重要。出现癫痫发作或偏瘫的小鼠可能接受了不正确的输注。
在这里，对小鼠进行体内成像，左侧显示成功的 CED 输注，右侧显示不成功的输注。请注意，在成功输注中，成像信号定位于大脑。在输注不成功时，信号已沿神经轴向下传播。
如您所见，该程序最具挑战性的方面涉及正确选择给药途径。将药物输送到中枢神经系统时，重要的是要考虑药物的药理学特性，以便选择最佳的给药负荷。就是这样。
我希望您觉得这个演示文稿有用，并祝您的实验好运。
概述
本文展示了四种向小鼠中枢神经系统输送药物的方法，包括静脉、腹腔和口服给药，以及用于局部输注的对流增强输送。这些技术对于评估药物在临床前研究中的生物分布和功效至关重要。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 药理学
- 临床前研究
背景
- 药物输送方法对于研究中枢神经系统治疗至关重要。
- 了解生物分布有助于评估治疗效果。
- 不同的给药途径可能影响药物吸收和作用。
- 局部输送方法可以绕过血脑屏障。
研究目的
- 展示小鼠中的各种药物输送技术。
- 比较全身和局部药物输送方法。
- 为中枢神经系统疾病的临床前药物测试提供见解。
使用的方法
- 静脉注射用于全身输送。
- 腹腔注射用于药物给药。
- 经口灌胃用于通过消化道输送药物。
- 对流增强输送用于向大脑局部输注。
主要结果
- 所有全身输送方法都成功展示。
- 局部输送允许直接给药到大脑。
- 体内光学成像验证了局部输送期间的正确输注。
- 这些方法可以应用于各种中枢神经系统疾病，包括脑肿瘤。
结论
- 不同的药物输送方法对中枢神经系统研究至关重要。
- 局部输送技术可以增强治疗靶向性。
- 这些方法为开发新治疗方法提供了宝贵的见解。
常见问题
Executive Industry Relevance
Accurate assessment of CNS drug efficacy requires appropriate route selection to avoid false conclusions from suboptimal brain exposure. Systemic delivery offers ease of use but risks inadequate target engagement, while local delivery ensures therapeutic CNS levels despite procedural complexity. These methods support preclinical de-risking by clarifying biodistribution and informing go/no-go decisions in CNS portfolio advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by comparing systemic vs. local delivery outcomes to isolate true target-mediated effects.
- Operational Value: Provides standardized procedures for IV, IP, and oral gavage that are widely used in preclinical screening cascades.
- Predictive Value: Fluorescent compound tracking allows visualization of CNS penetration, supporting mechanistic de-risking of target engagement assumptions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative biodistribution data via in vivo imaging to distinguish between delivery failure and target inefficacy.
- Operational Value: Establishes reproducible administration protocols with defined volume limits (e.g., 1% body weight for IV/IP, 10 mL/kg for oral gavage) to ensure assay consistency.
- Platform Value: CED setup using stereotaxic frame and syringe pump creates a reusable platform for localized compound evaluation across CNS disease models.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Direct brain delivery via CED bypasses BBB limitations, enabling assessment of agents that fail systemic exposure thresholds.
- Operational Value: Post-procedure monitoring guidelines (neurologic signs, imaging timing at 2–3 hours) support reliable endpoint assessment in efficacy studies.
- Translational Alignment: Applicability to brain tumors, neurodegenerative, and psychiatric disorders supports continuity from discovery through IND-enabling studies.
Pipeline & Workflow Integration
These delivery methods bridge early discovery (route selection, target validation) through preclinical efficacy testing by defining how compounds reach the CNS, informing lead optimization and formulation strategy.
- Discovery Biology: IV/IP/oral gavage support hypothesis testing in disease models where systemic exposure is sufficient; CED enables target validation when BBB penetration is a key uncertainty.
- Screening: Standardized injection and gavage techniques ensure reproducible compound delivery across multi-well or in vivo screening formats.
- Analytics: In vivo fluorescent imaging provides quantitative readouts of spatial distribution, enabling comparison of delivery efficiency across routes and formulations.
- Translational Research: CED facilitates preclinical testing of biologics or large molecules excluded by BBB permeability, aligning with biomarker strategies for target engagement.
- Enterprise Reuse: Core equipment (stereotaxic frame, syringe pump, imaging setup) supports repeated use across projects, reducing per-study setup burden.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces false negatives in efficacy testing by confirming adequate CNS exposure, increasing confidence in target–disease relationships.
- Operational Value: Defined procedural controls (warming, needle angle, volume limits, postoperative monitoring) enhance reproducibility and animal welfare compliance.
- Strategic Value: Early identification of delivery limitations prevents costly advancement of compounds with inadequate brain exposure, improving capital efficiency.
- Portfolio Impact: Enables risk-stratified prioritization—advancing only those candidates with demonstrated target engagement via appropriate delivery route.
Implementation Considerations
- Requires technical proficiency in rodent handling, injection techniques, and stereotaxic surgery for CED.
- Dependent on instrumentation: stereotaxic frame, syringe pump, fluorescent imaging system, and heating pads for thermoregulation.
- Necessitates standardization across teams for injection volumes, needle gauges (28G for IV/IP, 18G for gavage, 20G for CED), and postoperative care protocols.
- Adaptation across species (mouse to rat) involves scaling cannula dimensions and infusion volumes while maintaining procedural sterility.
- Limitations include CED invasiveness, skill-dependent cannula placement, and absence of commercially available reflux-resistant cannulas for rodents, requiring custom assembly.
