פיתוח אבקה יבשה פרמצבטית דורש בדיקות אמינות in vivo , לעתים קרובות באמצעות מודל מורין. טכנולוגיית המכשיר לאספקה מדויקת וניתנת לשחזור של תרסיסי אבקה יבשה לעכברים מוגבלת. מחקר זה מציג מינונים חד פעמיים להעברת תרופות ריאתי במינונים הרלוונטיים לעכברים, ומסייע למחקר הוכחת היתכנות ראשוני.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מינונים חד פעמיים המיועדים למשלוח אבקה יבשה לעכברים
במאמר זה
סיכום
תקציר
משאפים אבקה יבשה מציעים יתרונות רבים להעברת תרופות לריאות, כולל פורמולציות יציבות של תרופות מצב מוצק, ניידות מכשירים, מדידה ומינון בולוס, ומנגנון פיזור ללא דלק. כדי לפתח מוצרי תרסיס אבקה יבשה פרמצבטיים, בדיקות in vivo חזקות הן חיוניות. בדרך כלל, מחקרים ראשוניים כוללים שימוש במודל מורין להערכה ראשונית לפני ביצוע מחקרים רשמיים במינים גדולים יותר של בעלי חיים. עם זאת, מגבלה משמעותית בגישה זו היא היעדר טכנולוגיית מכשיר מתאימה כדי לספק אבקות יבשות באופן מדויק ומשכפל לבעלי חיים קטנים, מה שפוגע בתועלת של דגמים כאלה. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, פותחו במיוחד מזרקים חד-פעמיים להעברה תוך-ריאתית של אבקות יבשות במינונים המתאימים לעכברים. מינונים אלה מעמיסים ומספקים כמות קבועה מראש של אבקה המתקבלת ממצע אבקה אחיד בצפיפות תפזורת. שליטה דיסקרטית זו מושגת על ידי החדרת מחט קהה לעומק קבוע (טמפינג) לתוך מיטת האבקה, הסרת כמות קבועה בכל פעם. יש לציין כי דפוס מינון זה הוכח כיעיל עבור מגוון אבקות מיובשות בתרסיס. בניסויים שכללו ארבעה דגמים שונים של אבקות מיובשות בריסוס, המינונים הדגימו את היכולת להשיג מינונים בטווח של 30 עד 1100 מיקרוגרם. המינון שהושג הושפע מגורמים כגון מספר החותמות, גודל מחט המינון והנוסחה הספציפית בה נעשה שימוש. אחד היתרונות העיקריים של מינונים אלה הוא קלות הייצור שלהם, מה שהופך אותם לנגישים וחסכוניים לאספקת אבקות יבשות לעכברים במהלך מחקרי הוכחת היתכנות ראשוניים. האופי החד פעמי של המינונים מאפשר שימוש בחדרי פרוצדורות לבעלי חיים, שבהם ניקוי ומילוי מחדש של מערכות רב פעמיות וחומרי שקילה אינו נוח. לפיכך, פיתוח מינונים חד פעמיים של מזרקים טיפל במכשול משמעותי באספקת אבקה יבשה מורין למחקרי הוכחת היתכנות, ואיפשר לחוקרים לבצע מחקרים ראשוניים מדויקים יותר וניתנים לשחזור במודלים של בעלי חיים קטנים למתן תרופות ריאתיות.
מבוא
השימוש במשאפים אבקה יבשה (DPIs) למתן תרופות ריאה זכה להתעניינות משמעותית בשלושת העשורים האחרונים עקב הפסקת השימוש העולמי בדלקי כלורופלואורופחמן 1,2. DPIs מציעים יתרונות רבים על פני מערכות העברת ריאות אחרות, כגון משאפים במינון מדוד ונבולייזרים, כולל יציבות פורמולציה, ניידות, קלות שימוש ומנגנוני פיזור ללא דלק2. עם זאת, לפני העברת מוצרי DPI לתרגום קליני, יש לבצע מספר מחקרים פרה-קליניים, שרבים מהם הושלמו בתחילה באמצעות מודל מורין. עם זאת, הטכנולוגיות הזמינות להעברת אבקות יבשות באופן מדויק ומשכפל לבעלי חיים קטנים מוגבלות.
שיטות נפוצות להעברת אבקות יבשות לבעלי חיים קטנים, כגון עכברים, כוללות שאיפה פסיבית 3,4,5,6,7 ומתן ישיר 8,9,10,11,12,13. שאיפה פסיבית דורשת בדרך כלל תא מותאם אישית המשתמש במינונים גדולים של אבקה מיובשת בריסוס כדי להכין ענן תרסיס מספיק. מכיוון שעכברים חייבים לנשום אף14, העברה בשאיפה פסיבית דורשת מהאבקה לעבור דרך האף והגרון כדי להגיע לריאות, מה שמחייב שמירה על ענן אירוסול בעל תכונות אווירודינמיות מספיקות של חלקיקים 7,8. בעוד טכניקה שימושית כי הוא רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית מאשר משלוח ישיר עקב שאיפה כתוצאה של נשימה נורמלית14, זה לא יכול להיות מתאים למחקרים ראשוניים שבהם מסת אבקה מוגבלת.
לחלופין, דווח על מספר מכשירי מסירה תוך טרכיאליים למשלוח ישיר של אבקה יבשה 8,9,10,11,12,13. התקנים תוך טרכיאליים עוקפים את האף והגרון, מעבירים את האבקה ישירות לריאות ומאפשרים שליטה עדינה יותר על המינון המועבר14. בנוסף, מכשירים מסוימים, במיוחד אלה שהוכנו באמצעות הליך טעינת טמפינג9, יכולים להיות מוכנים עם כמויות קטנות יותר, וזה שיקול חשוב למחקרי הוכחת היתכנות ראשוניים. המחסור במכשירי העברה תוך-טרכיאליים זמינים באופן אוניברסלי פגע בפוטנציאל השימוש שלהם, הגביל את זמינותם והוביל להבדלים בין-מעבדתיים14. במחקר זה, אנו מציעים מינון פשוט, זול וחד פעמי להעברה תוך טרכאלית שניתן להשתמש בו למחקרי הוכחת היתכנות בפיתוח אירוסולים של אבקה יבשה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
כל הניסויים בבעלי חיים נערכו בהתאם לחוק צער בעלי חיים ולמדיניות שירותי בריאות הציבור בנושא טיפול הומני ושימוש בחיות מעבדה. פרוטוקול המחקר אושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של המרכז למדעי הבריאות באוניברסיטת טנסי. נקבות בריאות של עכברי BALB/c, ~ 6-8 שבועות, קיבלו את תכולת האבקה היבשה של מנה אחת על ידי מתן תרסיס תוך ריאתי למחקר פרמקוקינטי באמצעות ספקטינמיד 1599 אבקות יבשות9. בעלי החיים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים).
1. הכנת המינון ומרכיבי המילוי
- חתכו את חלק הפיתוי הפלסטי של מחט מפלדת אל-חלד קהה בקוטר 2.54 ס"מ (21-25 גרם) באמצעות מסור חתך מדויק (ראו טבלת חומרים), או מלטש חגורה עד שיישארו 2-3 מ"מ מפיתוי הפלסטיק (איור 1A ואיור 2A).
הערה: אם נעשה שימוש במלטש חגורה, ייתכן שיהיה צורך לנקות את מחט הנירוסטה באמצעות מחט או חוט קטנים יותר כדי להסיר את המכשולים האפשריים שנוצרו. - חותכים את קצה (1-1.5 ס"מ) של צינור צנטריפוגה חרוטי 0.6 מ"ל. ממלאים את קצה הצינור ב 30-35 מ"ג אבקה.
הערה: ראה תוצאות מייצגות לקבלת פרטים על אבקות לדוגמה המשמשות במחקר הנוכחי. יש להעריך את ביצועי תרסיס האבקה לפני השימוש ביישום זה בהתאם למתודולוגיה סטנדרטית כמתואר בפרק הכללי <601 של USP> (ראה טבלת חומרים). - אם אתם מאחסנים ו/או מעבירים את האבקה, השתמשו במכסה הצינור (החתוך) כדי לסגור את הבקבוקון. יש לאטום עם סרט פרפין כדי למזער את החשיפה של האבקה ללחות הסביבה בעת אחסון ו/או הובלה.
2. העמסה והרכבה של מינונים
- הטביעו את מחט הנירוסטה החתוכה לתוך מצע האבקה בקצה צינור הצנטריפוגה החרוטי 0.6 מ"ל כמה פעמים שצריך כדי להשיג את המינון הרצוי (איור 2B). נגבו בעדינות את דפנות מחט הנירוסטה עם מגב בעל סיבים נמוכים כדי להסיר אבקה עודפת (איור 3).
- הכנס בעדינות את מחט הנירוסטה הטעונה לתוך מחט פוליפרופילן בגודל 3.81 ס"מ (1.5 אינץ') או מחט פוליטטרה-פלואוראתילן (PTFE) בגודל 5.08 ס"מ (2 אינץ') (16-20 גרם) (ראה טבלת חומרים) כדי למנוע סילוק אבקה כלשהי (איור 1B,C ואיור 2C).
3. הפעלת מינונים
- משוך מזרק חד פעמי לנפח הרצוי, אשר עשוי להשתנות בהתאם ליישום.
הערה: עבור מתן תוך ריאתי בעכברים, 0.15-0.6 מ"ל מתאים בדרך כלל 8,9. - חברו את המזרק למנעול הפיתוי על מחט הפוליפרופילן או מחט ה-PTFE (איור 2D).
- הכנס את קצה המחט של המינון למטרה הרצויה. לניתוח תכולת האבקה ויכולת השחזור, הכנס את המחט דרך מחיצת גומי מחוררת או סרט פרפין לבקבוקון המכיל כמות קטנה (למשל, 1-5 מ"ל) מים ו/או ממס אורגני (למשל, אתנול), כאשר זהות הממס ונפחו תלויים במאפיינים הפיזיים של החומר הפרמצבטי הפעיל (API) ובשיטת הכימות.
- למסירה לעכברים, הכנס את המחט עד לביפורקציה הראשונה של קנה הנשימה של עכברים מורדמים בהתאם לפרוטוקולים שנקבעו 9,15.
- לחצו על המזרק בכוח, והוציאו את האבקה מהמכשיר לתוך בקבוקון האיסוף (איור 2E).
הערה: יש לעקוב אחר אותה טכניקה להעברת האבקה לריאות המורין. - לניתוח תוכן ושחזור מבקבוקון האיסוף, השתמש בשיטה אנליטית מתאימה עבור ה- API הספציפי, כגון ספקטרופוטומטריה UV-Visible (UV-Vis) או כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
ביצועי התרסיס של אבקות שונות המיובשות בתרסיס נקבעו לפני השימוש במחקר זה. התפלגות גודל החלקיקים האווירודינמית (APSD) תוארה על ידי הקוטר האווירודינמי החציוני של המסה (MMAD), המייצג את הגודל המחלק את ההתפלגות לשנייםבאחוזון 50 (d50), וסטיית התקן הגיאומטרית (GSD), המשקפת את רוחב ההתפלגות. GSD מוגדר על ידי השורש הריבועי של הקוטר האווירודינמי באחוזון 80 חלקי זה שבאחוזון ה-16 (d84/d16)1/2, כאשרהאחוזונים מייצגים סטיית תקן אחת משני צדי הממוצע עבור התפלגותלוג-נו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מכיוון שעכברים מחויבים לנשום אף, העברה באמצעות שאיפה פסיבית למחקרי הוכחת היתכנות ראשוניים הופכת את היעילות והערכת המינון למאתגרת מכיוון שהאבקה חייבת לעבור את האף והגרון באופן התלוי בתכונות החלקיקים וביעילות פיזור האבקה 7,8,14. השימוש במינונים שפותחו כאן עוקף את האף והגרון, כאשר המינון מוכנס לביפורקציה הראשונה של הסימפונות9, ומספק את המנה המלאה ישירות לריאות של עכברים, מה שמאפשר בקרת מינון מדויקת ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.
תודות
המחברים מבקשים להכיר במימון מהמכונים הלאומיים לבריאות (R01AI155922). מיקרוסקופיה בוצעה במעבדה האנליטית והננו-פבריקציה של צ'אפל היל (CHANL), חברה ברשת הננוטכנולוגיה של משולש המחקר של צפון קרוליינה, RTNN, הנתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע, Grant ECCS-1542015, כחלק מהתשתית הלאומית לננוטכנולוגיה מתואמת, NNCI.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינורות מיקרוצנטריפוגה 0.6 מ"ל | פישר סיינטיפיק | 05-408-120 | |
| איזון אנליטי | מטלר טולדו | AR1140 | ניתן להשתמש בכל איזון אנליטי עם טווח מספיק ניתן להשתמש במחט |
| נירוסטה קהה, 1 אינץ', 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| מחט נירוסטה קהה, 1 אינץ', 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| מחט נירוסטה קהה, 1 אינץ', 25 גרם | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| מזרק חד פעמי עם מנעול לואר (1 מ"ל) | ניתן להשתמש גם במזרקי | Fisher Scientific | 14-823-30 |
| נקבה עכברי BALB/c | צ'ארלס ריבר, ווילמינגטון, מסצ'וסטס, ארה"ב | ||
| משפיע מפל בעל ביצועים גבוהים | הדור הבא של Impactor | Apparatus 5 | |
| סרט מעבדה (למשל, Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| מגב מוך נמוך (למשל, Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| משאף אבקה יבשה בעל עמידות נמוכה | RS01 mod 7 | ||
| מחט פוליפרופילן, 1.5 אינץ', 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| מחט פוליפרופילן, 1.5 אינץ', 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| מחט פוליפרופילן, 1.5 אינץ', 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| מסור חיתוך מדויק | TedPella | 812-300 | מלטשת חגורה יכולה לשמש כחלופה |
| מחט PTFE, 2 אינץ', 20 גרם | מקמאסטר-קאר | 75175A694 | |
| USP פרק כללי < 601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
מקורות
- 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).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
