이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.

방법 논문

생쥐에 건조 분말을 전달하기 위한 일회용 투여제

1.9K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/65756

⸱

2023년 8월 18일

 ,  ,  ,  ,  , 
1Technology Advancement and Commercialization, RTI International, 2Mycobacteria Research Laboratories, Department of Microbiology, Immunology, and Pathology, Colorado State University, 3Department of Pharmaceutical Sciences, College of Pharmacy, University of Tennessee Health Science Center

이 논문에서

요약

제약 건조 분말 개발에는 신뢰할 수 있는 생체 내 테스트가 필요하며, 종종 쥐 모델을 사용합니다. 건조 분말 에어로졸을 마우스에 정확하고 재현성 있게 전달하기 위한 장치 기술은 제한적입니다. 이 연구는 마우스 관련 용량에서 폐 약물 전달을 위한 일회용 투여제를 제시하여 초기 개념 증명 연구를 지원합니다.

초록

건조 분말 흡입기는 안정적인 고체 약물 제형, 기기 휴대성, 볼루스 계량 및 투여, 추진제가 없는 분산 메커니즘 등 약물을 폐로 전달하는 데 있어 다양한 이점을 제공합니다. 제약 건조 분말 에어로졸 제품을 개발하려면 강력한 생체 내 테스트가 필수적입니다. 일반적으로 초기 연구에는 더 큰 동물 종에 대한 공식 연구를 수행하기 전에 예비 평가를 위해 쥐 모델을 사용하는 것이 포함됩니다. 그러나 이 접근법의 중요한 한계는 건조 분말을 작은 동물에게 정확하고 재현성 있게 전달할 수 있는 적절한 장치 기술이 부족하여 이러한 모델의 유용성을 저해한다는 것입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일회용 주사기 투여기는 마우스에 적합한 용량의 건조 분말을 폐 내 전달하기 위해 특별히 개발되었습니다. 이러한 투여제는 균일한 벌크 밀도 분말 베드로부터 얻어진 미리 결정된 양의 분말을 적재하고 전달합니다. 이 개별 제어는 뭉툭한 바늘을 분말 베드에 고정된 깊이(탬핑)로 삽입하여 매번 고정된 양을 제거함으로써 달성됩니다. 특히, 이 투여 패턴은 다양한 분무 건조 분말에 효과적인 것으로 입증되었습니다. 4개의 상이한 모형 분무 건조된 분말을 포함하는 실험에서는, 투여제는 30 내지 1100 μg의 범위 내에서 투여량을 달성하는 능력을 입증하였다. 달성된 투여량은 탬프의 수, 투여기 바늘의 크기 및 사용된 특정 제형과 같은 요인에 의해 영향을 받았습니다. 이러한 투여제의 주요 이점 중 하나는 제조가 용이하여 초기 개념 증명 연구 중에 건조 분말을 마우스에 전달하기 위해 접근하기 쉽고 비용 효율적이라는 것입니다. 투여기의 일회용 특성으로 인해 재사용 가능한 시스템과 계량 재료를 세척하고 리필하는 것이 불편한 동물 시술실에서 쉽게 사용할 수 있습니다. 따라서 일회용 주사기 투여기 개발은 개념 증명 연구를 위한 쥐 건조 분말 전달의 상당한 장애물을 해결하여 연구자들이 폐 약물 전달을 위한 소동물 모델에서 보다 정확하고 재현 가능한 예비 연구를 수행할 수 있도록 했습니다.

서론

폐 약물 전달을 위한 건조 분말 흡입기(DPI)의 사용은 클로로플루오로카본 추진제의 전 세계적인 단계적 폐지로 인해 지난 30년 동안 상당한 관심을 끌었습니다 1,2. DPI는 정량 흡입기 및 분무기와 같은 다른 폐 전달 시스템에 비해 제형 안정성, 휴대성, 사용 편의성 및 추진제가 없는 분산 메커니즘을 포함하여 많은 이점을 제공합니다2. 그러나 DPI 제품을 임상 번역으로 전환하기 전에 몇 가지 전임상 연구를 수행해야 하며, 그 중 다수는 처음에 쥐 모델을 사용하여 완료됩니다. 그럼에도 불구하고 건조 분말을 작은 동물에게 정확하고 재현성 있게 전달하는 데 사용할 수 있는 기술은 제한적입니다.

마우스와 같은 작은 동물에게 건조 분말을 전달하는 일반적인 방법에는 수동 흡입 3,4,5,6,7 및 직접 투여 8,9,10,11,12,13이 포함됩니다. 수동 흡입에는 일반적으로 충분한 에어로졸 구름을 준비하기 위해 다량의 분무 건조 분말을 사용하는 맞춤형 챔버가 필요합니다. 마우스는 의무적인 코 호흡기(14)이기 때문에, 수동 흡입에 의한 전달은 분말이 코와 목을 통과하여 폐에 도달해야 하며, 이는 충분한 입자 공기역학적 특성을 갖는 에어로졸 구름의 유지를 필요로 한다 7,8. 정상적인 호흡의 결과로 인한 흡입으로 인한 직접 전달보다 생리학적으로 더 관련성이 있는 유용한 기술이지만,14 분말 질량이 제한적인 초기 연구에는 적합하지 않을 수 있다.

대안적으로, 직접 건조 분말 전달을 위한 다수의 기관내 전달 장치가 8,9,10,11,12,13으로 보고되었다. 기관내 장치는 코와 목을 우회하여, 분말을 폐에 직접 전달하고, 전달된 투여량을 보다 세밀하게 제어할 수 있도록 한다14. 또한, 일부 장치, 특히 탬핑 로딩 절차(tamping loading procedure)9를 사용하여 제조된 장치는 소량으로 준비할 수 있으며, 이는 초기 개념 증명 연구에서 중요한 고려 사항이다. 보편적으로 이용 가능한 기관내 전달 장치의 부족은 사용 가능성을 저해하여 가용성을 제한하고 실험실 간 차이를 초래했다14. 이 연구에서는 건조 분말 에어로졸 개발에서 개념 증명 쥐 연구에 활용할 수 있는 기관 내 전달을 위한 간단하고 저렴한 일회용 투여제를 제안합니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

프로토콜

모든 동물실험은 동물복지법과 실험동물의 인도적 관리 및 이용에 관한 보건복지 정책에 따라 수행되었습니다. 연구 프로토콜은 테네시 대학 보건 과학 센터의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다. 생후 6~8주령의 건강한 암컷 BALB/c 마우스는 스펙티나미드 1599 건조 분말을 사용한 약동학 연구를 위해 폐내 에어로졸 전달에 의해 1회 투여제의 건조 분말 함량을 투여하였다9. 동물은 상업적 출처에서 얻었다( 자료표 참조).

1. 투여제 및 충전 성분의 준비

  1. 정밀 절단 톱(재료 표 참조) 또는 벨트 샌더를 사용하여 2.54cm(1인치) 뭉툭한 스테인리스 스틸 바늘(21-25G)의 플라스틱 루어 부분을 플라스틱 루어가 남을 때까지 자릅니다(그림 2A 및 그림 2A).
    알림: 벨트 샌더를 사용하는 경우 발생할 수 있는 장애물을 제거하기 위해 더 작은 바늘이나 와이어를 사용하여 스테인리스 스틸 바늘을 청소해야 할 수 있습니다.
  2. 0.6mL 원추형 원심분리기 튜브의 팁(1.5-0.6cm)을 잘라냅니다. 튜브 끝에 30-35mg의 분말을 채웁니다.
    참고: 본 연구에 사용된 예제 분말에 대한 자세한 내용은 대표 결과를 참조하십시오. 분말 에어로졸 성능은 USP General Chapter <601>( 재료 표 참조)에 설명된 표준 방법론에 따라 이 응용 분야에서 사용하기 전에 평가해야 합니다.
  3. 분말을 보관 및/또는 운송하는 경우 튜브 캡(절단)을 사용하여 바이알을 닫습니다. 보관 및/또는 운송 시 분말이 주변 습기에 노출되는 것을 최소화하기 위해 파라핀 필름으로 밀봉하십시오.

2. 선적 및 모이는 dosators

  1. 원하는 용량에 도달하기 위해 필요한 만큼 0.6mL 원뿔형 원심분리기 튜브 팁의 분말 베드에 트리밍된 스테인리스 스틸 바늘을 담그십시오(그림 2B). 보풀이 적은 와이퍼로 스테인리스 스틸 바늘의 측면을 부드럽게 닦아 과도한 가루를 제거합니다(그림 3).
  2. 장전된 스테인리스 스틸 바늘을 3.81cm(1.5인치) 폴리프로필렌 또는 5.08cm(2인치) 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 바늘(16-20G)에 부드럽게 삽입하여 분말이 빠지지 않도록 합니다(그림 1B, C 및 그림 2C).

3. 작동 투여기

  1. 일회용 주사기를 용도에 따라 다를 수 있는 원하는 부피로 다시 빼냅니다.
    참고: 마우스의 폐 내 투여의 경우 일반적으로 0.15-0.6mL가 적절합니다 8,9.
  2. 주사기를 폴리프로필렌 또는 PTFE 바늘의 루어 잠금 장치에 부착합니다(그림 2D).
  3. 투여기의 바늘 끝을 원하는 대상에 삽입합니다. 분말 함량 및 재현성을 분석하기 위해 구멍이 뚫린 고무 격막 또는 파라핀 필름을 통해 소량(예: 1-5mL)의 물 및/또는 유기 용매(예: 에탄올)가 들어 있는 바이알에 바늘을 삽입하며, 용매 식별 및 부피는 활성 제약 성분(API)의 물리적 특성 및 정량화 방법에 따라 달라집니다.
    1. 마우스에 전달하기 위해 확립된 프로토콜 9,15에 따라 마취된 마우스의 기관의 첫 번째 기관지 분기까지 바늘을 삽입합니다.
  4. 주사기를 세게 눌러 장치에서 분말을 수집 바이알로 배출합니다(그림 2E).
    알림: 분말을 쥐 폐에 전달할 때도 동일한 기술을 따라야 합니다.
  5. 수집 바이알의 함량 및 재현성을 분석하기 위해 UV 가시광선(UV-Vis) 분광광도법 또는 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)와 같은 특정 API에 적합한 분석 방법을 활용하십시오.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

결과

다양한 분무 건조 분말의 에어로졸 성능은 이 연구에서 사용하기 전에 확립되었습니다. 공기역학적 입도 분포(APSD)는 50번째 백분위수(d50)에서 분포를 둘로 나누는 크기를 나타내는 질량 중앙값 공기역학적 직경(MMAD)과 분포의 폭을 반영하는 기하학적 표준 편차(GSD)로 설명되었습니다. GSD는 80번째 백분위수에서 공기역학적 직경의 제곱근을 16번째 백분위수(d84/d16)1/2로 나눈 값으로 정의되며, 백분위수는 입자 크기에 대한 질량의 로그 정규 분포에 대한 평균의 양쪽에서 하나의 표준 편차를 나타냅니다.

4개의 대표적인 분무 건조 분말을 본원에 기술된 투여제를 사용하여 전달하기 위해 고려하였다. 티게사이클린(SD-1)3, 카프레오마이신 설페이트(SD-2)16...

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

토론

마우스는 의무적인 코 호흡기이기 때문에 초기 개념 증명 연구를 위한 수동 흡입을 통한 전달은 분말이 입자 특성 및 분말 분산 효율에 따라 달라지는 방식으로 코와 목을 통과해야 하기 때문에 효율성 및 용량 추정을 어렵게 만듭니다 7,8,14. 본원에서 개발된 투여제의 사용은 제1 기관지 분기점(9)에 삽입된 투여제와 함께 코와 목을 우회하고, 전체 투여량을 마우스의 폐에 직접 전달하여, 초기 연구를 위한 보다 정확한 투여량을 조절할 수 있게 한다. 이러한 투여제는 마우스에 대한 기관 내 투여 및 분말 성능의 시험관 내 평가를 위한 재현 가능하고 맞춤형 전달 방법을 나타냅니다.

21G 스테인리스강 및 16G 폴리프로필렌 바늘을 사용하는 투여제는...

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

공개 사항

저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.

감사의 글

저자는 미국 국립보건원(National Institutes of Health, R01AI155922)의 자금 지원에 감사를 표하고자 합니다. 현미경 검사법은 채플 힐 분석과 Nanofabrication 실험실 (CHANL)에, 국가 나노 과학 재단, 보조금 ECCS-1542015에 의해 지원되는 노스 캐롤라이나 연구 삼각형 나노 기술 네트워크, RTNN의 일원, 국가 나노 기술 협조한 기반시설, NNCI의 한 부분으로 실행되었습니다.

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
0.6 mL 마이크로 원심분리기 튜브Fisher Scientific05-408-120
분석 저울Mettler ToledoAR1140충분한 범위의 모든 분석 저울을 사용할 수 있습니다
블런트 스테인리스 스틸 바늘, 1인치, 21GMcMaster-Carr75165A681
블런트 스테인리스 스틸 바늘, 1인치, 22GMcMaster-Carr75165A683
둔탁한 스테인리스 스틸 바늘, 1인치, 25 GMcMaster-Carr75165A687
일회용 주사기와 루어 락 (1 mL)Fisher Scientific14-823-303-mL 주사기도 사용할 수 있습니다
여성용 BALB/c 마우스 찰스 리버, 윌밍턴, 매사추세츠, 미국
고성능 캐스케이드 임팩터 차세대 임팩터장치 5
랩 필름 (예: 파라필름)Fisher ScientificS37440
저-린트 와이퍼 (예: Kimwipes)킴벌리-클라크 프로페셔널34133
저저항 건조 분말 흡입기 RS01 mod 7
폴리프로필렌 바늘, 1.5인치, 16GMcMaster-Carr6934A111
폴리프로필렌 바늘, 1.5인치, 18GMcMaster-Carr6934A53
폴리프로필렌 바늘, 1.5인치, 20GMcMaster-Carr6934A55
정밀 절단톱TedPella812-300벨트 샌더를 대안
으로 사용할 수 있습니다.PTFE 바늘, 2인치, 20 GMcMaster-Carr75175A694
USP 일반 장 < 601> http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp
.

참고문헌

  1. 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).
  2. 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).
  3. Maloney, S. E., et al. Spray dried tigecycline dry powder aerosols for the treatment of nontuberculous mycobacterial pulmonary infections. Tuberculosis. 139, 102306(2023).
  4. 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).
  5. Yi, J., et al. Whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposures. Journal of Visualized Experiments. (75), e50263(2013).
  6. 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).
  7. Kuehl, P. J., et al. Regional particle size dependent deposition of inhaled aerosols in rats and mice. Inhalation Toxicology. 24 (1), 27-35 (2012).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Durham, P. G., et al. Disposable dosators for pulmonary insufflation of therapeutic agents to small animals. Journal of Visualized Experiments. (121), e55356(2017).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Maloney, S. E., et al. Preparation strategies of the anti-mycobacterial drug bedaquiline for intrapulmonary routes of administration. Pharmaceuticals. 16 (5), 729(2023).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Fiegel, J., et al. Preparation and in vivo evaluation of a dry powder for inhalation of capreomycin. Pharmaceutical Research. 25 (4), 805-811 (2008).

액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.

재인쇄 및 허가

태그

흡입 치료마우스 모델폐 약물 전달시린지 도세이터분무 건조 분말UV-Vis 분광 광도법스테인리스 스틸 바늘투여 재현성
생쥐에 건조 분말을 전달하기 위한 일회용 투여제
문의하기
도서관에 추천하기

개인정보 처리방침

이용 약관

정책

저작권 © 2026 MyJoVE Corporation. 모든 권리 보유.