Le développement de poudres sèches pharmaceutiques nécessite des tests in vivo fiables, souvent à l’aide d’un modèle murin. La technologie de l’appareil permettant d’administrer de manière précise et reproductible des aérosols en poudre sèche aux souris est limitée. Cette étude présente des doseurs jetables pour l’administration de médicaments pulmonaires à des doses pertinentes pour la souris, ce qui facilite la recherche initiale de preuve de concept.
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Article de méthode
Doseurs jetables destinés à l’administration de poudre sèche aux souris
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les inhalateurs de poudre sèche offrent de nombreux avantages pour l’administration de médicaments dans les poumons, notamment des formulations stables de médicaments à l’état solide, la portabilité des dispositifs, le dosage et le dosage des bolus et un mécanisme de dispersion sans propulseur. Pour développer des produits pharmaceutiques en aérosol en poudre sèche, des tests in vivo robustes sont essentiels. En règle générale, les études initiales impliquent l’utilisation d’un modèle murin pour une évaluation préliminaire avant de mener des études formelles sur des espèces animales plus grandes. Cependant, une limite importante de cette approche est l’absence d’une technologie de dispositif appropriée pour fournir avec précision et reproductibilité des poudres sèches aux petits animaux, ce qui entrave l’utilité de ces modèles. Pour relever ces défis, des doseurs de seringues jetables ont été développés spécifiquement pour l’administration intrapulmonaire de poudres sèches à des doses appropriées pour les souris. Ces doseurs chargent et délivrent une quantité prédéterminée de poudre obtenue à partir d’un lit de poudre de densité apparente uniforme. Ce contrôle discret est obtenu en insérant une aiguille émoussée à une profondeur fixe (bourrage) dans le lit de poudre, en enlevant une quantité fixe à chaque fois. Notamment, ce schéma de dosage s’est avéré efficace pour une gamme de poudres séchées par pulvérisation. Dans des expériences portant sur quatre modèles différents de poudres séchées par atomisation, les doseurs ont démontré leur capacité à atteindre des doses comprises entre 30 et 1100 μg. La dose obtenue a été influencée par des facteurs tels que le nombre de tassements, la taille de l’aiguille du doseur et la formulation spécifique utilisée. L’un des principaux avantages de ces doseurs est leur facilité de fabrication, ce qui les rend accessibles et rentables pour administrer des poudres sèches à des souris lors des études initiales de preuve de concept. La nature jetable des doseurs facilite l’utilisation dans les salles d’intervention animales, où le nettoyage et le remplissage des systèmes réutilisables et du matériel de pesage ne sont pas pratiques. Ainsi, la mise au point de doseurs de seringues jetables a permis de surmonter un obstacle important à l’administration de poudre sèche murine pour les études de preuve de concept, ce qui a permis aux chercheurs de mener des études préliminaires plus précises et reproductibles dans de petits modèles animaux pour l’administration de médicaments pulmonaires.
Introduction
L’utilisation d’inhalateurs à poudre sèche (DPI) pour l’administration de médicaments pulmonaires a suscité un intérêt considérable au cours des trois dernières décennies en raison de l’élimination progressive des ergols chlorofluorocarbonés à l’échelle mondiale 1,2. Les DPI offrent de nombreux avantages par rapport à d’autres systèmes d’administration pulmonaire, tels que les inhalateurs et les nébuliseurs doseurs, notamment la stabilité de la formulation, la portabilité, la facilité d’utilisation et les mécanismes de dispersion sans propergol2. Cependant, avant de faire passer les produits DPI à la traduction clinique, plusieurs études précliniques doivent être menées, dont beaucoup sont initialement réalisées à l’aide d’un modèle murin. Néanmoins, les technologies disponibles pour fournir des poudres sèches de manière précise et reproductible aux petits animaux sont limitées.
Les méthodes courantes d’administration de poudres sèches aux petits animaux, tels que les souris, comprennent l’inhalation passive 3,4,5,6,7 et l’administration directe 8,9,10,11,12,13. L’inhalation passive nécessite généralement une chambre personnalisée qui utilise de fortes doses de poudre séchée par pulvérisation pour préparer un nuage d’aérosol suffisant. Comme les souris respirent obligatoirement par le nez14, l’administration par inhalation passive nécessite que la poudre passe par le nez et la gorge pour atteindre les poumons, ce qui nécessite le maintien d’un nuage d’aérosol avec des propriétés aérodynamiques de particules suffisantes 7,8. Bien qu’il s’agisse d’une technique utile et physiologiquement plus pertinente que l’administration directe due à l’inhalation résultant d’une respiration normale14, elle peut ne pas convenir aux études initiales où la masse de poudre est limitée.
Par ailleurs, un certain nombre de dispositifs d’administration intratrachéale pour l’administration directe de poudre sèche ont été signalés 8,9,10,11,12,13. Les dispositifs intratrachéaux contournent le nez et la gorge, délivrant la poudre directement dans les poumons et permettant un contrôle plus fin de la dose délivrée14. De plus, certains dispositifs, en particulier ceux préparés à l’aide d’une procédure de chargement par bourrage9, peuvent être préparés avec de plus petites quantités, ce qui est un élément important à prendre en compte pour les études initiales de preuve de concept. L’absence de dispositifs d’administration intratrachéale universellement disponibles a entravé leur potentiel d’utilisation, limitant leur disponibilité et entraînant des différences entre les laboratoires14. Dans cette étude, nous proposons un doseur jetable simple, peu coûteux pour l’administration intratrachéale qui peut être utilisé pour des études murines de preuve de concept dans le développement d’aérosols en poudre sèche.
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Protocole
Toutes les expériences sur les animaux ont été menées conformément à la Loi sur le bien-être des animaux et à la Politique du Service de santé publique sur les soins et l’utilisation sans cruauté des animaux de laboratoire. Le protocole de l’étude a été approuvé par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux du Centre des sciences de la santé de l’Université du Tennessee. Des souris femelles BALB/c en bonne santé, âgées de ~6 à 8 semaines, ont reçu la teneur en poudre sèche d’un doseur par administration intrapulmonaire d’aérosol pour une étude pharmacocinétique utilisant des poudres sèches de spectinamide 15999. Les animaux ont été obtenus auprès d’une source commerciale (voir le tableau des matériaux).
1. Préparation du doseur et des composants de remplissage
- Coupez la partie en plastique d’une aiguille émoussée en acier inoxydable de 2,54 cm (1 po) (21 à 25 G) à l’aide d’une scie à tronçonner de précision (voir le tableau des matériaux) ou d’une ponceuse à bande jusqu’à ce qu’il reste 2 à 3 mm de la luer en plastique (figures 1A et 2A).
REMARQUE : Si une ponceuse à bande est utilisée, l’aiguille en acier inoxydable peut avoir besoin d’être nettoyée à l’aide d’une aiguille ou d’un fil plus petit pour éliminer les obstructions possibles créées. - Couper l’extrémité (1 à 1,5 cm) d’un tube à centrifuger conique de 0,6 ml. Remplissez l’extrémité du tube avec 30-35 mg de poudre.
REMARQUE : Voir Résultats représentatifs pour les détails des exemples de poudres utilisées pour la présente étude. Les performances de l’aérosol en poudre doivent être évaluées avant utilisation dans cette application selon la méthodologie standard décrite dans le chapitre général <601 de l’USP> (voir le tableau des matériaux). - Si vous stockez et/ou transportez la poudre, utilisez le bouchon du tube (coupé) pour fermer le flacon. Sceller avec une pellicule de paraffine pour minimiser l’exposition de la poudre à l’humidité ambiante lors de l’entreposage et/ou du transport.
2. Chargement et assemblage des doseurs
- Tassez l’aiguille en acier inoxydable coupée dans le lit de poudre dans l’embout conique du tube à centrifuger de 0,6 mL autant de fois que nécessaire pour obtenir la dose désirée (figure 2B). Essuyez délicatement les côtés de l’aiguille en acier inoxydable avec un essuie-glace à faible peluche pour éliminer tout excès de poudre (Figure 3).
- Insérez délicatement l’aiguille en acier inoxydable chargée dans une aiguille en polypropylène de 3,81 cm (1,5 pouce) ou en polytétrafluoroéthylène (PTFE) de 5,08 cm (2 po) (16 à 20 G) (voir le tableau des matériaux) pour éviter de déloger la poudre (Figure 1B, C et Figure 2C).
3. Actionner les doseurs
- Ramenez une seringue jetable au volume désiré, qui peut varier en fonction de l’application.
REMARQUE : Pour l’administration intrapulmonaire chez la souris, 0,15-0,6 mL est généralement approprié 8,9. - Fixez la seringue au verrou Luer de l’aiguille en polypropylène ou en PTFE (Figure 2D).
- Insérez l’extrémité de l’aiguille du doseur dans la cible souhaitée. Pour analyser la teneur en poudre et la reproductibilité, insérez l’aiguille à travers un septum en caoutchouc perforé ou un film de paraffine dans un flacon contenant une petite quantité (p. ex., 1 à 5 ml) d’eau et/ou de solvant organique (p. ex., de l’éthanol), l’identité et le volume du solvant dépendant des caractéristiques physiques de l’ingrédient pharmaceutique actif (IPA) et de la méthode de quantification.
- Pour l’administration à la souris, insérez l’aiguille jusqu’à la première bifurcation bronchique de la trachée des souris anesthésiées en suivant les protocoles établis 9,15.
- Appuyez avec force sur la seringue pour expulser la poudre de l’appareil dans le flacon de prélèvement (Figure 2E).
REMARQUE : La même technique doit être suivie pour administrer la poudre aux poumons murins. - Pour analyser le contenu et la reproductibilité du flacon de prélèvement, utilisez une méthode analytique appropriée pour l’API spécifique, telle que la spectrophotométrie UV-Visible (UV-Vis) ou la chromatographie liquide à haute performance (HPLC).
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Résultats
La performance des aérosols de diverses poudres séchées par atomisation a été établie avant l’utilisation dans cette étude. La distribution granulométrique aérodynamique (APSD) a été décrite par le diamètre aérodynamique médian de masse (MMAD), représentant la taille qui divise la distribution en deux au 50ecentile (d50), et l’écart-type géométrique (GSD), reflétant l’étendue de la distribution. La GSD est définie par la racine carrée du diamètre aérodynamique au 80 e centile divisée par ...
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Discussion
Comme les souris respirent obligatoirement par le nez, l’administration par inhalation passive pour les études initiales de preuve de concept rend difficile l’efficacité et l’estimation de la dose, car la poudre doit passer par le nez et la gorge d’une manière qui dépend des propriétés des particules et de l’efficacité de la dispersion de la poudre 7,8,14. L’utilisation des doseurs développés ici contourne le nez et la ...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun conflit d’intérêts.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier les National Institutes of Health (R01AI155922) pour leur financement. La microscopie a été réalisée au Chapel Hill Analytical and Nanofabrication Laboratory (CHANL), membre du North Carolina Research Triangle Nanotechnology Network, RTNN, qui est soutenu par la National Science Foundation, Grant ECCS-1542015, dans le cadre de l’infrastructure nationale coordonnée en nanotechnologie, NNCI.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Tubes de microcentrifugation de 0,6 mL | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Balance analytique | Mettler Toledo | AR1140 | Toute balance analytique avec une portée suffisante peut être utilisée |
| Aiguille en acier inoxydable émoussée, 1 pouce, 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Aiguille émoussée en acier inoxydable, 1 pouce, 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Aiguille émoussée en acier inoxydable, 1 pouce, 25 G | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Seringue jetable avec luer lock (1 mL) | Fisher Scientific | 14-823-30 | seringues de 3 mL peuvent également être utilisées |
| Souris femelles BALB/c ; | Charles River, Wilmington, MA, États-Unis | ||
| Impacteur en cascade haute performance ; | Appareil d’impact de nouvelle génération | 5 | |
| Film de laboratoire (par exemple, Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Essuie-glace à faible peluche (par exemple, Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Inhalateur à poudre sèche à faible résistance ; | RS01 mod 7 | ||
| Aiguille en polypropylène, 1,5 pouce, 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Aiguille en polypropylène, 1,5 pouce, 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Aiguille en polypropylène, 1,5 pouce, 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Scie à tronçonner de précision | TedPella | 812-300 | Une ponceuse à bande peut être utilisée comme alternative |
| Aiguille en PTFE, 2 pouces, 20 G | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP General Chapter < 601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
Références
- 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).
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Réimpressions et autorisations
