Infusi carotide di farmacocinetica e di farmacodinamica Analisi dei taxani nei topi
27 ottobre 2014
Questo metodo è stato sviluppato con l'obiettivo di fornire una soluzione di droga costante attraverso l'arteria carotide, per valutare la farmacocinetica di nuovi farmaci in modelli murini.
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di infondere un farmaco di interesse attraverso l'arteria carotide per analizzare il profilo farmacocinetico del farmaco. Ciò si ottiene modellando prima un catetere personalizzato da un tubo di polietilene e quindi fissando il catetere all'interno dell'arteria carotide del topo. Successivamente, il topo viene collegato a una pompa di infusione automatizzata tramite il catetere dell'arteria carotide.
Nella fase finale, il farmaco viene infuso nel topo a una velocità costante e i campioni di sangue vengono raccolti a intervalli regolari. In definitiva, la cromatografia liquida e la spettrometria di massa vengono utilizzate per determinare la concentrazione del farmaco all'interno dei campioni di tessuto e plasma. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti come il bolo, l'iniezione intraperitoneale o della vena caudale o l'infusione giugulare, è che è rappresentativa delle velocità di infusione clinica, oltre che generalmente più facile da eseguire rispetto all'inserimento giugulare.
Questo metodo può rispondere a domande chiave in farmacologia, come ad esempio qual è la distribuzione in vivo di un farmaco, oppure possiamo determinare se un inibitore o un modulatore influisce sulla funzione della proteina. Per preparare un catetere per l'esperimento, per prima cosa, stabilire una fiamma bassa e costante su un bruciatore bunsen. Quindi tenere un pezzo di tubo vicino alla fiamma per ammorbidire il polietilene.
Quando il tubo inizia a sciogliersi, separare lentamente le due estremità per creare una sezione sottile di tubo, di circa 0.25 millimetri di diametro. Quindi, tagliare un'estremità smussata nel tubo di circa 0,75 centimetri lungo la sezione sottile, quindi passare rapidamente l'estremità attraverso la fiamma per farla diventare leggermente arrotondata e allargata. La punta si aggancerà leggermente all'indietro, il che aiuterà ad ancorare il tubo durante l'inserimento nell'arteria.
Tagliare il tubo a 6,0 centimetri dal punto in cui inizia ad assottigliarsi per fare un catetere, quindi riempire una siringa dotata di ago smussato con 200 microlitri di soluzione di eparina. Inserire l'ago nell'estremità larga del catetere e riempire il catetere con eparina. Facendo attenzione a evitare bolle.
Quindi conservare l'ago e il catetere in un luogo sterile per isolare l'arteria carotide. Inizia facendo un taglio longitudinale di un centimetro leggermente a destra della linea mediana del collo dell'animale, quindi usa una pinza per separare il grasso e il muscolo ed esporre la trachea. L'arteria carotide corre parallela alla trachea.
Quindi, separare con cura la fascia sovrastante l'arteria, quindi tirare leggermente da parte il nervo VA. Inserire la pinza nello spazio tra l'arteria carotide e il nervo VA e aprire delicatamente la pinza per creare uno spazio nella plancia. Estrarre con cautela il nervo dall'arteria, liberando uno spazio dalla forcella nell'estremità anteriore vicino alla laringe fino all'estremità posteriore più esposta più lontana, isolando almeno tre millimetri di lunghezza dell'arteria.
Quindi usa una pinza per tirare un filo di sutura di seta sotto l'arteria e fare un nodo sicuro per chiudere l'arteria il più lontano possibile verso l'estremità anteriore. Dopo aver posizionato un secondo filo, fare un nodo retrattile per chiudere temporaneamente l'arteria il più possibile verso l'estremità posteriore. Quindi utilizzare un terzo filo per legare un nodo molto sciolto tra le prime due suture da utilizzare per fissare rapidamente il catetere dopo il posizionamento.
Per inserire il catetere, afferrare il nodo di sutura inferiore per tendere leggermente l'arteria. Quindi intacca l'arteria sopra e molto vicino alla sutura anteriore. Facendo attenzione a non tagliare troppo in profondità.
Controllare la fessura per assicurarsi che l'apertura non sia ostruita. Rimuovere il catetere riempito di eparina dall'ago della siringa, quindi fare attenzione a non creare grandi sacche d'aria. Su entrambe le estremità, manipolare il catetere per posizionare l'estremità smussata con un angolo confortevole verso il basso e leggermente verso la mano dominante.
Successivamente, tenendo la sutura, per mantenere l'arteria leggermente tesa, inserire delicatamente il catetere nella fessura. Quindi usa la pinza per afferrare il nodo di sutura anteriore e tirare delicatamente l'arteria verso il basso sopra il catetere. Rilasciare con cautela il catetere e la sutura anteriore.
Quindi stringere il nodo centrale per fissare il catetere vicino all'ingresso del catetere nell'arteria facendo attenzione a non ostruire il flusso attraverso il catetere. Fai un triplo nodo stretto con la sutura centrale, quindi usa la sutura anteriore per fissare il catetere in posizione sotto l'ingresso dell'arteria. Ora utilizzare una spina del connettore per collegare un elettrocatetere salino al catetere, facendo attenzione a non creare bolle.
Quindi afferrare le estremità della sutura posteriore e tirarla delicatamente per sciogliere il nodo, manovrare la sutura lungo l'arteria e sopra l'estremità del catetere senza rimuovere il filo. Il sangue dovrebbe fluire nel catetere quando il flusso sembra non ostruito. Usa il filo della sutura posteriore per fare un nodo aggiuntivo leggermente sopra la sutura centrale.
Quindi sciacquare il catetere dal sangue e utilizzare un emostatico per bloccare l'estremità del catetere vicino alla spina del connettore. Sostituire il connettore con un tappo della porta per sigillare l'estremità del catetere e rimuovere l'emostato. Quindi usa un paio di pinze per tenere il catetere appena sotto la sutura anteriore e un'altra pinza per premere una piega nel catetere in modo che si pieghi facilmente di lato dopo aver creato una seconda piegatura.
Allo stesso modo, gira il mouse sul lato sinistro e pulisci l'area sotto e proprio dietro l'orecchio dell'animale con etanolo al 70% e iodio povidone. Quando l'area è stata disinfettata, praticare una piccola incisione di quattro millimetri nella pelle. Quindi usa una pinza per tenere aperto il lembo di tessuto e lavora una sonda cava smussata sotto la pelle per creare un canale attraverso la guancia fino alla cavità del collo.
Utilizzare le pinze per liberare con cura uno spazio per l'uscita della sonda, quindi infilare delicatamente il tappo della porta e il catetere attraverso la sonda fino al foro di uscita. Facendo attenzione a non schiacciare o restringere i vasi sanguigni o gli organi dopo che l'animale è stato lasciato riprendersi per 30-60 minuti, collegare un ago smussato a un'estremità di un pezzo di tubo di polietilene di 40 centimetri e una porta di collegamento all'altra. Quindi aspirare il farmaco di interesse in una siringa con un diametro interno noto.
Collegare l'ago alla siringa e caricare il farmaco attraverso l'ago e il tubo. Dopo aver posizionato la siringa nella pompa, secondo le indicazioni del produttore, adescare la pompa in modo che il farmaco fuoriesca senza intoppi dal connettore. Collegare quindi l'animale alla pompa, tenere fermo il mouse e utilizzare l'emostatico per bloccare il catetere vicino al tappo della porta.
Infine, sostituire la spina con un connettore collegato alla siringa e al tubo. Somministrare rapidamente una pompa veloce per eliminare il volume del catetere, quindi passare immediatamente alla velocità di infusione desiderata. In questa prima figura viene mostrato un confronto tra la concentrazione plasmatica di Paclitaxel dopo l'infusione della vena giugulare e l'infusione dell'arteria carotide.
La concentrazione del farmaco scende rapidamente nei primi 15 minuti successivi a un'infusione iniziale ad alto volume e poi si stabilizza nei successivi 150 minuti. In confronto, i livelli di paclitaxel in un'infusione scadente iniziano relativamente bassi e si librano su e giù per tutto il test, molto probabilmente a causa di un blocco della linea all'inizio dell'infusione. Qui, vengono mostrati i livelli relativi di paclitaxel nel fegato, nel cervello e nel plasma sanguigno alla fine di un'infusione di tre ore Come previsto, l'animale mostra un alto legame con le proteine plasmatiche, accoppiato con basse concentrazioni di farmaco nel tessuto cerebrale Una volta padroneggiata, questa tecnica dovrebbe richiedere dai 45 ai 60 minuti se eseguita correttamente.
Dopo aver visto il video, dovresti avere una buona comprensione di come isolare un'arteria carotide, inserire un catetere ed eseguire un'infusione.
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Panoramica
Questo metodo è stato sviluppato per infondere un farmaco di interesse attraverso l'arteria carotide nei modelli di topo, consentendo la valutazione della farmacocinetica di nuovi farmaci. La procedura prevede la creazione di un catetere personalizzato e l'utilizzo di una pompa di infusione automatizzata per una somministrazione costante del farmaco.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Farmacocinetica
- Sistemi di somministrazione dei farmaci
- Modelli di topo
Contesto
- Comprendere la farmacocinetica dei farmaci è cruciale per lo sviluppo dei farmaci.
- I metodi tradizionali di somministrazione dei farmaci possono essere meno rappresentativi degli scenari clinici.
- L'infusione di farmaci attraverso l'arteria carotide offre un metodo di somministrazione più controllato.
- Questa tecnica mira a migliorare l'accuratezza delle valutazioni farmacocinetiche.
Obiettivo dello studio
- Analizzare il profilo farmacocinetico di un farmaco utilizzando un metodo di infusione costante.
- Confrontare l'efficacia dell'infusione dell'arteria carotide con altri metodi di somministrazione.
- Migliorare la comprensione del comportamento del farmaco in vivo.
Metodi utilizzati
- Fabbricazione di un catetere personalizzato da tubi in polietilene.
- Fissare il catetere nell'arteria carotide del topo.
- Collegare il topo a una pompa di infusione automatizzata.
- Infondere il farmaco a un ritmo costante e raccogliere campioni di sangue.
Risultati principali
- Infusione con successo del farmaco attraverso l'arteria carotide.
- La regolare raccolta di campioni di sangue ha consentito l'analisi farmacocinetica.
- La cromatografia liquida e la spettrometria di massa utilizzate per la determinazione della concentrazione.
- Vantaggi dimostrati rispetto ai metodi tradizionali di somministrazione dei farmaci.
Conclusioni
- Il metodo di infusione dell'arteria carotide è efficace per gli studi farmacocinetici.
- Questa tecnica è più facile da eseguire rispetto all'inserimento giugulare.
- Fornisce una rappresentazione più accurata dei tassi di infusione clinici del farmaco.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Carotid artery infusion in mice enables pharmacokinetic profiling that mirrors clinical infusion rates, supporting early-stage drug behavior assessment. This approach addresses limitations of bolus or venous routes by providing controlled, steady-state delivery for PK/PD analysis. It enhances predictive confidence in preclinical models when vascular access is constrained by tumor models or anatomical barriers.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables mechanistic interrogation of drug distribution and target engagement under controlled infusion conditions.
- Operational Value: Provides reproducible arterial access for consistent drug exposure across study cohorts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates time-resolved plasma concentration data for PK modeling and exposure-response correlation.
- Operational Value: Supports low-volume serial sampling via retro-orbital bleeds for longitudinal monitoring in individual animals.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates tissue-specific drug quantification (e.g., liver, brain, plasma) to inform barrier penetration and off-target risk.
- Operational Value: Allows comparison of infusion routes (carotid vs. jugular) to assess delivery reliability in disease models with vascular obstructions.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum by enabling quantitative PK analysis after compound synthesis and prior to efficacy screening, supporting go/no-go decisions based on exposure profiles.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on drug-target residence time and pathway modulation under steady-state conditions.
- Screening: Delivers assay-ready pharmacokinetic outputs such as AUC, Cmax, and half-life for compound prioritization.
- Analytics: Provides LC-MS/MS-ready plasma and tissue samples for precise quantification of drug metabolites.
- Translational Research: Enables alignment of drug exposure with biomarker modulation in disease-relevant systems when supported by concomitant PD readouts.
- Enterprise Reuse: Establishes a standardized vascular access platform adaptable to multiple compounds and infusion durations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence in drug behavior by reducing variability from non-uniform absorption or first-pass effects.
- Operational Value: Enhances reproducibility through standardized catheterization and pump-controlled infusion rates.
- Strategic Value: Supports capital-efficient PK screening by enabling early identification of unfavorable distribution or clearance profiles.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted advancement decisions by clarifying systemic exposure and tissue partitioning early in discovery.
Implementation Considerations
- Requires microsurgical expertise in vascular isolation and catheter insertion.
- Depends on precision instrumentation including infusion pumps, heparinized catheters, and LC-MS/MS analytical infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization between surgery, pharmacology, and bioanalysis units for consistent sample handling.
- Involves adaptation considerations for different mouse strains, ages, or disease models affecting vascular accessibility.
- Practical limitations include catheter patency maintenance over extended infusions and technical challenges in arterial cannulation.
