Nouvelles méthodes pour l’Administration intranasale sous anesthésie par Inhalation pour évaluer des nez-de-Brain Drug Delivery
14 novembre 2018
Nous décrivons ici deux nouvelles méthodes d’administration intranasale stable sous anesthésie par inhalation avec le stress physique minimale pour les animaux de laboratoire. On décrit également une méthode pour l’évaluation quantitative des niveaux de distribution de drogues dans le cerveau via la voie de nez-à-cerveau à l’aide de radioactif [14C]-inuline comme substrat modèle de macromolécules soluble dans l’eau.
Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des sciences pharmaceutiques sur l’administration intranasale et la pharmacocinétique et la pharmacologie des médicaments d’intérêt. Le principal avantage de cette technique est qu’elle peut être utilisée pour l’évaluation quantitative des candidats médicaments d’administration nez-à-cerveau et anesthésie par inhalation avec un minimum de stress pour les animaux. Les implications de cette technique s’étendent vers la thérapie des maladies du système nerveux central car elle contribue au développement de technologies d’administration de médicaments par la voie nez-à-cerveau.
Mitsuyoshi Fukuda, doctorant de mon laboratoire, démontrera la procédure. Pour la livraison intranasale par micropipette dans une installation isolée d’isotope radio. Tapez et anesthésiez la souris à un panneau de liège en position supine, et administrez 25 microlitres de solution d’inuline de carbone-14 en une à deux doses de microlitre, alternativement, dans les narines droites et gauches de l’animal.
Pour la livraison de cannulation inverse du côté des voies respiratoires par l’œsophage, placez la souris anesthésiée sous un microscope disséquant, et faites une incision cutanée de 1,5 centimètre au-dessus de la gorge. Utilisez des forceps pour étendre l’incision jusqu’à ce que la trachée soit exposée, et faire une incision d’un millimètre dans la trachée exposée. Insérez une canule de 1,2 centimètre à la position pré-marquée dans l’incision, et fixez l’extrémité opposée de la canule à l’intérieur d’un masque d’inhalation.
Après cela, utilisez des forceps pour exposer l’œsophage sous la trachée. Utilisez des ciseaux pour faire une incision d’un millimètre dans l’œsophage et insérer une deuxième canule de 1,4 centimètre à la position prédéitée vers l’extrémité postérieure de la cavité nasale. Il est important d’insérer la canule à une longueur appropriée en fonction du poids de l’animal expérimental et d’ajuster la longueur de la canule dans d’autres.
Ligate la canule oesophagien et fixez une aiguille de calibre 27 à une seringue d’un millilitre remplie d’une solution d’administration reliée à une pompe à microsyringe programmable. Ensuite, livrer 25 microlitres d’inuline de carbone-14 à un taux constant de cinq microlitres par minute jusqu’à ce que tout le volume de solution a été administré. Un taux de diffusion lent mais constant est important pour la rétention d’autant de solution médicamentante que possible dans la cavité nasale.
Pour quantifier la quantité d’inuline de carbone-14 qui a traversé la barrière hébraïque 30 minutes après l’administration d’inuline, utilisez des ciseaux pour ouvrir soigneusement le crâne de chaque animal traité expérimentalement du côté oblongata médullaire, et utilisez une microspatule pour ramasser soigneusement le cerveau. Placez chaque cerveau sur un morceau de papier filtre humidifié salin dans une boîte de Pétri sur la glace pendant sa récolte. Et utilisez un coton-tige salin pour nettoyer tout sang de la surface de chaque cerveau.
Ensuite, rapidement mais soigneusement, disséquer le cerveau en ampoule olfactive, cerebrum, et medulla oblongata, ainsi que des sections de pons. Et placez les échantillons de cerveau dans le solubiliseur tissulaire pendant une heure à 50 degrés Celsius, suivi de l’ajout de 10 microlitres de cocktail de scintillation liquide. Pour déterminer la radioactivité de la solution appliquée, transférez un aliquot de 25 microlitres de la solution d’administration, dissous dans le cocktail de scintillation, à un flacon de scintillation, et mesurez les désintégrations par minute de la radioactivité carbone-14 dans l’échantillon de cerveau et la solution appliquée dans un compteur de scintillation liquide.
Sous anesthésie par inhalation, aucune variation inter-individuelle expérimentale n’est observée chez les animaux livrés par voie intranasally-médicamenteuse. Quand la méthode d’administration de cavité nasale inverse oesophagienne de canule est employée, des niveaux sensiblement plus élevés d’inuline de carbone-14 sont observés dans le bulbe olfactif, le cerebrum, et l’oblongata de medulla, que par l’intermédiaire de la livraison de micropipette. En outre, l’inuline plus élevée de carbone-14 est détectée dans le bulbe olfactif et l’oblongata de medulla, qui sont tous les deux proéminents-évolués dans la voie nez-à-cerveau, que dans le cerveau.
Après son développement, cette technique a ouvert la voie à des chercheurs dans le domaine de la livraison nez-à-cerveau pour explorer la bioactivité des agents thérapeutiques de grandes molécules dans le système nerveux central.
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Aperçu
Cet article présente deux méthodes innovantes d'administration intranasale stable sous anesthésie inhalatoire, conçues pour minimiser le stress physique subi par les animaux d'expérience. Il décrit en outre une méthode d'évaluation quantitative de la distribution du médicament dans le cerveau via la voie nasale-cérébrale, en utilisant de l'inuline marquée au [14C].
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Sciences pharmaceutiques
- Systèmes de délivrance de médicaments
- Neurosciences
Contexte
- L'administration intranasale est une voie prometteuse pour la délivrance de médicaments au système nerveux central.
- La minimisation du stress pendant les expériences est essentielle pour des pratiques de recherche éthiques.
- L'évaluation quantitative de la distribution du médicament peut améliorer la compréhension de la pharmacocinétique.
- Les composés radiomarqués peuvent servir de modèles efficaces pour l'étude des mécanismes de délivrance des médicaments.
Objectif de l'étude
- Développer des méthodes pour une administration intranasale stable des médicaments.
- Évaluer l'efficacité de l'acheminement des médicaments par la voie nasale vers le cerveau.
- Minimiser le stress physique subi par les animaux expérimentaux durant les procédures.
Méthodes utilisées
- Administration d'une solution d'inuline marquée au carbone-14 à l'aide d'une micropipette.
- Utilisation d'une anesthésie par inhalation pour réduire le stress chez les souris.
- Positionnement des souris en position supine sur une planche en liège pour assurer leur stabilité.
- Administration alternée de doses de médicament dans les narines droite et gauche.
Résultats principaux
- Administration réussie de médicaments avec un stress minimal pour les animaux.
- Évaluation quantitative des niveaux de distribution du médicament obtenus.
- Démonstration de l'efficacité de la méthode de délivrance intranasale vers le cerveau.
- Implications potentielles pour le traitement des maladies du système nerveux central.
Conclusions
- Les méthodes développées offrent une approche fiable pour l'administration intranasale de médicaments.
- Ces techniques peuvent faire progresser la recherche en pharmacologie et dans les systèmes de distribution de médicaments.
- De futures études pourraient explorer des applications plus larges dans les thérapies du système nerveux central.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La mise en place de modèles fiables de délivrance du nez au cerveau est essentielle pour réduire les risques liés aux thérapeutiques ciblant le système nerveux central en contournant la barrière hémato-encéphalique. L'évaluation quantitative du transport de macromolécules dans des conditions contrôlées permet d'obtenir une prédiction fiable lors de l'évaluation des candidats prioritaires. Ces méthodes soutiennent les décisions prises en phase précoce de découverte en fournissant des données pharmacocinétiques reproductibles issues de modèles animaux soumis à un stress minimal.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet d'étudier les hypothèses de transport de thérapeutiques macromoléculaires par voie nasale vers le cerveau à l'aide de la quantification de traceurs radiomarqués.
- Valeur opérationnelle : Offre une administration standardisée sous anesthésie inhalatoire afin de réduire la variabilité et d'améliorer la reproductibilité entre les études.
- Valeur prédictive : Génère des données quantitatives sur la distribution cérébrale dans le bulbe olfactif, le cerveau et la moelle oblongue, permettant de valider l'engagement du site cible et les voies impliquées.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Assure une administration intranasale reproductible au moyen d'une pompe à seringue ou d'une micropipette afin de garantir une exposition constante au composé lors de campagnes de criblage.
- Valeur opérationnelle : Permet la standardisation des tests grâce à des débits d'administration contrôlés et à la dissection anatomique de régions cérébrales pour des mesures précises.
- Valeur en termes de reproductibilité : Facilite la réutilisation de la plateforme pour différents candidats-médicaments en adaptant la longueur de la canule et les paramètres d'infusion au poids de l'animal et à l'anatomie nasale.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Permet d'évaluer l'efficacité de la délivrance nasale-cérébrale pour les grandes molécules, en informant l'alignement des biomarqueurs translationnels avec l'exposition du SNC.
- Valeur opérationnelle : Réduit les effets de l'épuration mucociliaire grâce à la canulation inverse, augmentant la rétention du médicament et améliorant la détection du signal dans le tissu cérébral.
- Atténuation des risques : Diminue les résultats faussement négatifs dans les modèles précliniques en améliorant la fiabilité de la délivrance et la sensibilité quantitative.
Intégration des pipelines et des flux de travail
La méthode s'inscrit dans le continuum de découverte allant de la validation de la cible à l'identification de composés précurseurs et à l'évaluation préclinique, en fournissant des données quantitatives sur l'administration de la narine au cerveau qui orientent les décisions de poursuite ou d'abandon.
- Biologie de la découverte : Permet de tester des hypothèses sur les mécanismes de transport nasal et de clarifier les voies grâce à des mesures de radioactivité spécifiques aux régions anatomiques.
- Évaluation : Assure la préparation des tests en permettant une administration standardisée et peu stressante, ainsi qu'une détection quantitative de la distribution du traceur.
- Analytique : Génère des mesures en désintégrégations par minute (DPM) issues du comptage par scintillation liquide afin de comparer les régions cérébrales et les méthodes d'administration.
- Recherche translationnelle : Assure le lien entre la découverte et le développement préclinique en quantifiant le transport de macromolécules pertinent pour le ciblage thérapeutique du système nerveux central.
- Réutilisation institutionnelle : Met en place une capacité réutilisable pour évaluer divers candidats-médicaments grâce à une administration adaptable par canule sous anesthésie inhalatoire.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la délivrance nasale au cerveau en quantifiant l'accumulation du traceur dans les régions cérébrales clés impliquées dans cette voie.
- Valeur opérationnelle : Améliore la reproductibilité et la standardisation grâce à une anesthésie, un positionnement et une régulation du débit d'infusion normalisés.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision « aller/ne pas aller » en réduisant l'ambiguïté mécanistique concernant le potentiel de délivrance au système nerveux central.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des candidats en se basant sur des données quantitatives d'exposition cérébrale.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie sur rongeurs, en gestion de l'anesthésie et en manipulation de traceurs radioactifs.
- Dépend de l'accès à des microscopes de dissection, des pompes à microsyringe, des compteurs à scintillation et des installations pour radioisotopes.
- Exige une standardisation inter-équipes de la profondeur d'insertion des canules, de la taille des incisions et des protocoles de dissection cérébrale.
- Implique des ajustements selon les variations de poids des animaux et de dimensions des cavités nasales lors du réglage de la longueur des canules.
- Les limitations pratiques incluent l'aspect invasif de la chirurgie liée à la canulation rétrograde et la nécessité d'une formation spécialisée pour assurer la reproductibilité.
