Metodi innovativi per la somministrazione intranasale in anestesia per inalazione per valutare il naso--cervello Drug Delivery
14 novembre 2018
Qui, descriviamo due nuovi metodi di somministrazione intranasale stabile sotto anestesia inalazione con minimo sforzo fisico per gli animali da esperimento. Inoltre descriviamo un metodo per la valutazione quantitativa dei livelli di distribuzione di droga nel cervello attraverso la via naso--cervello utilizzando radiomarcato [14C]-inulina come substrato modello di macromolecole solubile in acqua.
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle scienze farmaceutiche sulla somministrazione intranasale e la farmacocinetica e la farmacologia dei farmaci di interesse. Il principale vantaggio di questa tecnica è che può essere utilizzato per la valutazione quantitativa dei candidati ai farmaci per il parto naso-cervello e l'anestesia per inalazione con stress minimo per gli animali. Le implicazioni di questa tecnica si estendono verso la terapia delle malattie del sistema nervoso centrale in quanto contribuisce allo sviluppo di tecnologie di somministrazione di farmaci attraverso la via naso-cervello.
A dimostrare la procedura sarà Mitsuyoshi Fukuda, dottorando del mio laboratorio. Per la consegna intranasale tramite micropipetta in un impianto isolato di isotopo radio. Nastro adesivo e mouse anestetizzato su una tavola di sughero in posizione supina e somministrare 25 microlitri di soluzione di inulina carbonio-14 in una o due dosi di microlitri, in alternativa, nelle narici destra e sinistra dell'animale.
Per l'erogazione inversa della cannula dal lato delle vie aeree attraverso l'esofago, posizionare il topo anestetizzato sotto un microscopio sezionante e fare un'incisione cutanea di 1,5 centimetri sulla gola. Utilizzare le forcep per espandere l'incisione fino a quando la trachea non è esposta e fare un'incisione di un millimetro nella trachea esposta. Inserire una cannula di 1,2 centimetri nella posizione pre-marcata nell'incisione e attaccare l'estremità opposta della cannula all'interno di una maschera di inalazione.
Dopo questo, utilizzare le forcep per esporre l'esofago da sotto la trachea. Utilizzare le forbici per fare un'incisione di un millimetro nell'esofago e inserire una seconda cannula di 1,4 centimetri nella posizione pre-marcata verso l'estremità posteriore della cavità nasale. È importante inserire la cannula ad una lunghezza appropriata in base al peso dell'animale sperimentale e regolare la lunghezza della cannula in altre.
Ligate la cannula esofagea e attacca un ago calibro 27 a una siringa millilitro riempita con una soluzione di somministrazione collegata a una pompa a microsiringa programmabile. Quindi consegnare 25 microlitri di inulina carbonio-14 a una velocità costante di cinque microlitri al minuto fino a quando l'intero volume della soluzione non è stato somministrato. Un tasso di diffusione lento ma costante è importante per la ritenzione di quanta più soluzione di farmaco possibile all'interno della cavità nasale.
Per quantificare la quantità di inulina carbonio-14 che ha attraversato la barriera ematico-encefalica 30 minuti dopo la somministrazione di inulina, utilizzare le forbici per aprire attentamente il cranio di ogni animale trattato sperimentalmente dal lato oblongata del midollo e utilizzare una microspacola per raccogliere attentamente il cervello. Metti ogni cervello su un pezzo di carta filtrante inumidita salina in una piastra di Petri sul ghiaccio mentre viene raccolta. E usa un batuffolo di cotone imbevuto di salina per pulire qualsiasi sangue dalla superficie di ogni cervello.
Successivamente, rapidamente ma con attenzione, sezionare il cervello in bulbo olfattivo, cerebro e midollo oblongata, oltre a sezioni di pons. E mettere i campioni cerebrali in solubilizzatore tissutale per un'ora a 50 gradi Celsius, seguito dall'aggiunta di 10 microlitri di cocktail a scintillazione liquida. Per determinare la radioattività della soluzione applicata, trasferire un'aliquota di 25 microliter della soluzione di somministrazione, sciolta nel cocktail a scintillazione, in una fiala a scintillazione e misurare le disintegrazioni al minuto della radioattività del carbonio-14 all'interno del campione cerebrale e la soluzione applicata in un contatore di scintillazione liquido.
In anestesia per inalazione, non si osserva alcuna variazione inter-individuale sperimentale tra gli animali consegnati per via intranasale. Quando viene utilizzato il metodo di somministrazione della cavità nasale della cannula inversa esofagea, si osservano livelli significativamente più elevati di inulina di carbonio-14 nel bulbo olfattivo, nel cerebro e nel midollo oblongata, rispetto all'erogazione di micropipette. Inoltre, l'inulina carbonio-14 più alta viene rilevata nel bulbo olfattivo e nel midollo oblongata, entrambi ben evoluti nella via naso-cervello, che nel cerebro.
Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo dell'erogazione naso-cervello per esplorare la bioattività di agenti terapeutici di grandi molecole nel sistema nervoso centrale.
Visualizza la trascrizione completa e accedi a migliaia di video scientifici
Panoramica
Questo articolo presenta due nuovi metodi per l'amministrazione intranasale stabile sotto anestesia inalatoria, progettati per minimizzare lo stress fisico sugli animali sperimentali. Inoltre, descrive un metodo di valutazione quantitativa della distribuzione del farmaco nel cervello attraverso il percorso naso-cervello utilizzando inulina marcatata con [14C].
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Scienze farmaceutiche
- Sistemi di somministrazione dei farmaci
- Neuroscienze
Sfondo
- L'amministrazione intranasale rappresenta una via promettente per il rilascio di farmaci al sistema nervoso centrale.
- Minimizzare lo stress durante gli esperimenti è fondamentale per pratiche di ricerca etiche.
- La valutazione quantitativa della distribuzione del farmaco può migliorare la comprensione della farmacocinetica.
- I composti radioattivi possono fungere da modelli efficaci per lo studio dei meccanismi di somministrazione dei farmaci.
Scopo dello studio
- Sviluppare metodi per l'amministrazione intranasale stabile di farmaci.
- Valutare l'efficacia del rilascio di farmaci attraverso il percorso naso-cervello.
- Minimizzare lo stress fisico sugli animali sperimentali durante le procedure.
Metodi Utilizzati
- Somministrazione di soluzione di inulina marcata con carbonio-14 mediante micropipetta.
- Utilizzo di anestesia per inalazione per ridurre lo stress nei topi.
- Posizionamento dei topi in posizione supina su una tavola di sughero per garantire stabilità.
- Somministrazione alternata di dosi di farmaco nelle narici destra e sinistra.
Risultati principali
- Somministrazione riuscita di farmaci con stress minimo per gli animali.
- Valutazione quantitativa dei livelli di distribuzione del farmaco raggiunti.
- Dimostrazione dell'efficacia del metodo di somministrazione dal naso al cervello.
- Possibili implicazioni per il trattamento delle malattie del sistema nervoso centrale.
Conclusioni
- I metodi sviluppati offrono un approccio affidabile per la somministrazione intranasale di farmaci.
- Queste tecniche possono favorire la ricerca in farmacologia e nei sistemi di somministrazione dei farmaci.
- Studi futuri potrebbero esplorare applicazioni più ampie nelle terapie del sistema nervoso centrale.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale Esecutiva
La creazione di modelli affidabili di somministrazione dal naso al cervello è fondamentale per ridurre i rischi associati ai farmaci mirati al sistema nervoso centrale, aggirando la barriera ematoencefalica. La valutazione quantitativa del trasporto di macromolecole in condizioni controllate consente una previsione affidabile nella valutazione dei candidati promettenti. Questi metodi supportano le decisioni nelle fasi iniziali della scoperta fornendo dati farmacocinetici riproducibili ottenuti da modelli animali sottoposti a stress minimo.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Convalida del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi delle ipotesi di trasporto dal naso al cervello per terapeutici macromolecolari mediante quantificazione di traccianti radioattivi.
- Valore operativo: Fornisce un'amministrazione standardizzata sotto anestesia inalatoria per ridurre la variabilità e migliorare la riproducibilità tra gli studi.
- Valore predittivo: Genera dati quantitativi sulla distribuzione cerebrale nel bulbo olfattivo, nel cervello e nel midollo allungato per supportare il coinvolgimento del bersaglio e la validazione del percorso.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Fornisce un dosaggio intranasale costante tramite pompa a siringa o micropipetta per garantire un'esposizione riproducibile al composto durante le campagne di screening.
- Valore operativo: Supporta la standardizzazione dei saggi attraverso velocità di somministrazione controllate e dissezione anatomica delle regioni cerebrali per un'analisi precisa.
- Valore di scalabilità: Facilita il riutilizzo della piattaforma su diversi candidati farmacologici adattando la lunghezza della cannula e i parametri di infusione al peso animale e all'anatomia nasale.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Consente la valutazione dell'efficienza del trasporto dal naso al cervello per molecole di grandi dimensioni, fornendo informazioni allineate ai biomarcatori traslazionali con l'esposizione al sistema nervoso centrale.
- Valore operativo: Riduce gli effetti della rimozione mucociliare mediante cannulazione inversa, aumentando il trattenimento del farmaco e migliorando il rilevamento del segnale nei tessuti cerebrali.
- Contenimento del rischio: Riduce gli esiti falsamente negativi nei modelli preclinici migliorando l'affidabilità del rilascio e la sensibilità quantitativa.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si inserisce nel percorso di scoperta che va dalla validazione del bersaglio all'identificazione del capostazione fino alla valutazione preclinica, fornendo dati quantitativi sulla somministrazione dal naso al cervello che orientano le decisioni di avanzamento o interruzione del progetto.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sui meccanismi di trasporto nasale e la chiarificazione dei percorsi mediante la misurazione dell'attività radioattiva specifica per regione.
- Screening: Permette la prontezza del saggio attraverso un'amministrazione standardizzata e a basso stress e la rilevazione quantitativa della distribuzione del tracciante.
- Analisi: Genera letture di disintegrazioni al minuto (DPM) ottenute da conteggio con scintillazione liquida per confrontare regioni cerebrali e metodi di somministrazione.
- Ricerca traslazionale: Collega la scoperta alla continuità preclinica quantificando il trasporto di macromolecole rilevanti per il targeting di farmaci al sistema nervoso centrale.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una capacità riutilizzabile per valutare diversi candidati farmaceutici mediante un sistema adattabile di somministrazione basato su cannule sotto anestesia per inalazione.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella somministrazione dal naso al cervello quantificando l'accumulo del tracciante in regioni cerebrali chiave coinvolte nel percorso.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità e la standardizzazione attraverso un'anestesia protocolizzata, un posizionamento accurato e il controllo della velocità di infusione.
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di avanzamento o interruzione dello sviluppo riducendo l'ambiguità meccanicistica sul potenziale di somministrazione al sistema nervoso centrale.
- Impatto sul portafoglio: Consente una priorizzazione dei candidati adeguata al rischio in base ai dati quantitativi di esposizione cerebrale.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in chirurgia su roditori, gestione dell'anestesia e manipolazione di traccianti radioattivi.
- È subordinato all'accesso a microscopi per dissezione, pompe per microsiringhe, contatori a scintillazione e strutture per radioisotopi.
- Necessita di una standardizzazione tra i gruppi di lavoro riguardo la profondità di inserimento della cannula, le dimensioni dell'incisione e i protocolli di dissezione cerebrale.
- Comporta considerazioni di adattamento legate al peso variabile degli animali e alle dimensioni della cavità nasale nella definizione della lunghezza della cannula.
- I limiti pratici includono l'invasività chirurgica della cannulazione inversa e la necessità di una formazione specializzata per mantenere la coerenza.
