Nuevos métodos para la administración Intranasal bajo inhalación de anestesia para evaluar el suministro de medicamentos de la nariz al cerebro
14 de noviembre de 2018
Aquí, Describimos dos nuevos métodos de administración intranasal estable bajo anestesia inhalatoria con mínimo estrés físico para animales de experimentación. También describimos un método para la evaluación cuantitativa de los niveles de distribución de drogas en el cerebro vía el camino de la nariz al cerebro usando radiactivos [14C]-inulina como sustrato modelo de macromoléculas solubles en agua.
Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de las ciencias farmacéuticas sobre la administración intranasal y la farmacocinética y farmacología de medicamentos de interés. La principal ventaja de esta técnica es que se puede utilizar para la evaluación cuantitativa de los candidatos a los medicamentos de administración de nariz a cerebro y la anestesia por inhalación con un estrés mínimo para los animales. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia la terapia de enfermedades del sistema nervioso central, ya que contribuye al desarrollo de tecnologías de administración de fármacos a través de la vía nariz-cerebro.
Demostrando el procedimiento estará Mitsuyoshi Fukuda, un estudiante de doctorado de mi laboratorio. Para el suministro intranasal a través de micropipeta en una instalación aislada de isótopos de radio. Tape y anestesia el ratón a una tabla de corcho en posición supina, y administrar 25 microlitros de solución de inulina de carbono-14 en una o dos dosis de microlitro, alternativamente, en la nariz derecha e izquierda del animal.
Para la administración de canulación inversa desde el lado de las vías respiratorias a través del esófago, coloque el ratón anestesiado debajo de un microscopio diseccionante y haga una incisión cutánea de 1,5 centímetros sobre la garganta. Use fórceps para expandir la incisión hasta que la tráquea esté expuesta, y haga una incisión de un milímetro en la tráquea expuesta. Inserte una cánula de 1,2 centímetros en la posición prea marcada en la incisión y conecte el extremo opuesto de la cánula al interior de una máscara de inhalación.
Después de esto, utilice fórceps para exponer el esófago desde debajo de la tráquea. Utilice tijeras para hacer una incisión de un milímetro en el esófago e inserte una segunda cánula de 1,4 centímetros a la posición pre-marcada hacia el extremo posterior de la cavidad nasal. Es importante insertar la cánula a una longitud adecuada según el peso del animal experimental y ajustar la longitud de la cánula en otras.
Ligar la cánula esofágica y fijar una aguja de calibre 27 a una jeringa de un mililitro llena de una solución de administración conectada a una bomba de microjeringa programable. A continuación, entregue 25 microlitros de inulina de carbono-14 a una velocidad constante de cinco microlitros por minuto hasta que se haya administrado todo el volumen de solución. Una tasa de difusión lenta pero constante es importante para la retención de tanta solución farmacológica como sea posible dentro de la cavidad nasal.
Para cuantificar la cantidad de inulina de carbono-14 que cruzó la barrera hematoencefálica 30 minutos después de la administración de inulina, utilice tijeras para abrir cuidadosamente el cráneo de cada animal tratado experimentalmente desde el lado de la médula oblongata, y use una microstulapa para sacar cuidadosamente los cerebros. Coloque cada cerebro en un pedazo de papel de filtro humedecido con solución salina en un plato de Petri sobre hielo a medida que se cosecha. Y usa un hisopo de algodón empapado en solución salina para limpiar cualquier sangre de la superficie de cada cerebro.
A continuación, rápida pero cuidadosamente, disecciona el cerebro en bulbo olfativo, cerebrum y médula oblongata, además de secciones de pons. Y coloque las muestras cerebrales en el solubilizador de tejido durante una hora a 50 grados Celsius, seguido de la adición de 10 microlitros de cóctel de centelleo líquido. Para determinar la radiactividad de la solución aplicada, transfiera una alícuota de 25 microlitros de la solución de administración, disuelta en el cóctel de centelleo, a un vial de centelleo y mida las desintegraciones por minuto de la radiactividad de carbono-14 dentro de la muestra cerebral y la solución aplicada en un contador de centelleo líquido.
Bajo anestesia por inhalación, no se observa ninguna variación interins individual experimental entre los animales entregados por vía intranasal. Cuando se utiliza el método de administración de la cánula nasal inversa esofágica, se observan niveles significativamente más altos de inulina de carbono-14 en el bulbo olfativo, el cerebrum y la obullalongata med, que a través de la administración de micropipetas. Además, se detecta una inulina de carbono-14 más alta en el bulbo olfativo y la médula oblongata, ambas evolucionadas prominentemente en la vía nariz-cerebro, que en el cerebro.
Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la administración de nariz a cerebro exploraran la bioactividad de los agentes terapéuticos de moléculas grandes en el sistema nervioso central.
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Descripción general
Este artículo presenta dos métodos novedosos para la administración intranasal estable bajo anestesia inhalatoria, diseñados para minimizar el estrés físico en los animales experimentales. Además, describe un método de evaluación cuantitativa de la distribución del fármaco en el cerebro mediante la vía de nariz a cerebro utilizando inulina radiomarcada con [14C].
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Ciencias farmacéuticas
- Sistemas de administración de fármacos
- Neurociencia
Antecedentes
- La administración intranasal es una vía prometedora para la entrega de fármacos al sistema nervioso central.
- Minimizar el estrés durante los experimentos es fundamental para las prácticas éticas de investigación.
- La evaluación cuantitativa de la distribución de fármacos puede mejorar la comprensión de la farmacocinética.
- Los compuestos radiomarcados pueden servir como modelos efectivos para estudiar los mecanismos de entrega de fármacos.
Objetivo del estudio
- Desarrollar métodos para la administración intranasal estable de fármacos.
- Evaluar la eficacia de la administración de fármacos mediante la vía nasal-cerebral.
- Minimizar el estrés físico en los animales experimentales durante los procedimientos.
Métodos Utilizados
- Administración de solución de inulina marcada con carbono-14 mediante micropipeta.
- Uso de anestesia por inhalación para reducir el estrés en ratones.
- Colocación de los ratones en posición supina sobre una tabla de corcho para mayor estabilidad.
- Administración alternada de dosis del fármaco en las fosas nasales derecha e izquierda.
Resultados principales
- Administración exitosa de fármacos con estrés mínimo para los animales.
- Evaluación cuantitativa de los niveles de distribución del fármaco alcanzados.
- Demuestra la eficacia del método de administración de nariz a cerebro.
- Implicaciones potenciales para el tratamiento de enfermedades del sistema nervioso central.
Conclusiones
- Los métodos desarrollados proporcionan un enfoque confiable para la administración intranasal de fármacos.
- Estas técnicas pueden avanzar la investigación en farmacología y sistemas de administración de fármacos.
- Estudios futuros podrían explorar aplicaciones más amplias en terapias del sistema nervioso central.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El establecimiento de modelos confiables de administración de la nariz al cerebro es fundamental para reducir los riesgos de los fármacos dirigidos al sistema nervioso central mediante la evasión de la barrera hematoencefálica. La evaluación cuantitativa del transporte de macromoléculas bajo condiciones controladas permite tener confianza predictiva en la evaluación de candidatos principales. Estos métodos apoyan las decisiones tempranas de descubrimiento al proporcionar datos farmacocinéticos reproducibles provenientes de modelos animales con estrés mínimo.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de hipótesis sobre el transporte desde la nariz hasta el cerebro de fármacos macromoleculares mediante la cuantificación de trazadores radiomarcados.
- Valor operativo: Proporciona una administración estandarizada bajo anestesia inhalatoria para reducir la variabilidad y mejorar la reproducibilidad entre estudios.
- Valor predictivo: Genera datos cuantitativos de distribución en el bulbo olfatorio, el cerebro y la médula oblongada para apoyar la confirmación de la interacción con el blanco y la validación de las vías implicadas.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Proporciona una dosificación intranasal consistente mediante bomba de jeringa o micropipeta para garantizar una exposición reproducible al compuesto en campañas de cribado.
- Valor operativo: Apoya la estandarización de ensayos mediante velocidades controladas de administración y la disección anatómica de regiones cerebrales para lecturas precisas.
- Valor de escalabilidad: Facilita la reutilización de la plataforma en diferentes candidatos farmacéuticos adaptando la longitud de la cánula y los parámetros de infusión al peso del animal y a la anatomía nasal.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Permite evaluar la eficiencia de la administración de moléculas grandes por vía nasal al cerebro, aportando información para alinear biomarcadores traslacionales con la exposición al sistema nervioso central.
- Valor operativo: Minimiza los efectos del aclaramiento mucociliar mediante canalización inversa, aumentando la retención del fármaco y mejorando la detección de señales en el tejido cerebral.
- Reducción de riesgos: Disminuye los resultados falsos negativos en modelos preclínicos al mejorar la fiabilidad de la administración y la sensibilidad cuantitativa.
Integración de la Canalización y Flujo de Trabajo
El método se integra en la secuencia de descubrimiento desde la validación del blanco hasta la identificación de compuestos prometedores y la evaluación preclínica, proporcionando datos cuantitativos sobre la administración nasal-cerebral que orientan las decisiones de continuar o descartar un fármaco.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis sobre mecanismos de transporte nasal y la aclaración de vías mediante la medición de radioactividad específica por región.
- Selección: Permite la preparación del ensayo mediante administración estandarizada y de bajo estrés, y detección cuantitativa de la distribución del trazador.
- Análisis: Genera lecturas de desintegraciones por minuto (DPM) a partir del conteo por centelleo líquido para comparar regiones cerebrales y métodos de administración.
- Investigación Traducional: Conecta el descubrimiento con la continuidad preclínica al cuantificar el transporte de macromoléculas relevante para el direccionamiento de fármacos al SNC.
- Reutilización Empresarial: Establece una capacidad reutilizable para evaluar diversos candidatos a fármacos mediante administración adaptable basada en cánulas bajo anestesia por inhalación.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva en la administración de fármacos de nariz al cerebro al cuantificar la acumulación del marcador en regiones cerebrales clave implicadas en la vía.
- Valor operativo: Mejora la reproducibilidad y la estandarización mediante la protocolización de la anestesia, la posición y el control de la velocidad de infusión.
- Valor estratégico: Mejora la toma de decisiones de avance o interrupción del desarrollo al reducir la ambigüedad mecanicista sobre el potencial de administración al sistema nervioso central.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de candidatos basada en datos cuantitativos de exposición cerebral.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cirugía de roedores, manejo de anestesia y manipulación de trazadores radiactivos.
- Depende del acceso a microscopios de disección, bombas de microjeringa, contadores de centelleo e instalaciones con isótopos radiactivos.
- Necesita la estandarización entre equipos en cuanto a la profundidad de inserción de la cánula, el tamaño de la incisión y los protocolos de disección cerebral.
- Implica consideraciones de adaptación para pesos animales variables y dimensiones de la cavidad nasal al establecer la longitud de la cánula.
- Las limitaciones prácticas incluyen la invasividad quirúrgica de la cánulación inversa y la necesidad de entrenamiento especializado para mantener la consistencia.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
Chapters in this video
0:04
Title
1:04
Intranasal Drug Administration
3:11
Radio-Labeled Water-Soluble Macromolecules ([14C]-inulin) Quantification
4:32
Results: Comparison of Brain [14C]-Inulin Levels After Two Different Methods of Intranasal Administration
5:17
Conclusion
