흡입 마 취 코-투-두뇌 약물 전달 평가 Intranasal 행정을 위한 새로운 방법
2018년 11월 14일
여기는 실험 동물에 대 한 안정적인 intranasal 관리 최소한의 물리적 스트레스와 흡입 마 취의 두 가지 새로운 방법에 설명합니다. 우리는 또한 방사선된 [14C]를 사용 하 여 코-투-두뇌 통로 통해 뇌에 약물 분포 레벨의 양적 평가 하는 방법 설명-수용 성 고분자의 모델 기판으로 눌린.
이 방법은 제약 과학 분야의 주요 질문에 대한 비강 내 관리 및 약동학 및 관심 약물의 약리학에 대한 답변을 도울 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 동물에 최소한의 스트레스와 코 - 뇌 전달 약물 후보 및 흡입 마취의 정량적 평가에 사용할 수 있다는 것입니다. 이 기술의 의미는 코-뇌 경로를 통해 약물 전달 기술의 개발에 기여로 중추 신경계 질환의 치료로 확장.
절차를 시연하는 것은 내 실험실에서 박사 과정 학생 인 후쿠다 미츠요시 (Mitsuyoshi 후쿠다)가 될 것입니다. 격리 된 무선 동위 원소 시설에서 마이크로 피펫을 통해 비강 내 전달. 테이프 및 마취 마우스를 supine 위치에 있는 코르크 보드에 투여하고, 1~2개의 마이크로리터 용량으로 25개의 카본-14 이눌린 용액을 투여하여 동물의 오른쪽 및 왼쪽 콧구멍에 투여한다.
식도를 통해 기도 측에서 역수통 전달을 위해 마취 된 마우스를 해부 현미경 아래에 놓고 목 구멍에 1.5 센티미터 피부 절개를합니다. 집게를 사용하여 기관체가 노출될 때까지 절개를 확장하고 노출된 기관에서 1mm 절개를 합니다. 캐뉼라 1.2센티미터를 절개에 미리 표시된 위치에 삽입하고 캐뉼라의 반대쪽 끝을 흡입 마스크 의 안쪽에 부착합니다.
그 후, 집게를 사용하여 기관 아래에서 식도를 노출하십시오. 가위를 사용하여 식도에서 1밀리미터 절개를 하고 비강의 후면 끝을 향해 미리 표시된 위치에 두 번째 캐뉼라 1.4센티미터를 삽입합니다. 실험 동물의 무게에 따라 적절한 길이에 캐뉼라를 삽입하고 다른 동물에서 캐뉼라의 길이를 조정하는 것이 중요합니다.
식도 캐뉼라를 리게이트하고 프로그래밍 가능한 마이크로시링펌프에 연결된 투여 용액으로 채워진 1밀리리터 주사기에 27게이지 바늘을 부착합니다. 그런 다음 전체 용액이 투여될 때까지 분당 일정한 5마이크로리터 속도로 25마이크로리터의 탄소-14 이눌린을 전달합니다. 느리지만 일정한 확산 속도는 비강 내에서 가능한 한 많은 약물 용액을 유지하는 데 중요합니다.
이눌린 투여 후 30분 후에 혈액-뇌 장벽을 넘어간 탄소-14 이눌린의 양을 정량화하기 위해 가위를 사용하여 각 실험처리 된 동물의 두개골을 메둘라 oblongata 측에서 조심스럽게 열고 마이크로 스패툴라를 사용하여 조심스럽게 뇌를 떠냅니다. 각 뇌를 수확할 때 페트리 접시에 식염수로 모은 필터 종이에 놓습니다. 그리고 식염수에 흠뻑 젖은 면봉을 사용하여 각 뇌의 표면에서 혈액을 청소하십시오.
다음으로, 빠르지만 신중하게, 후각 전구, 뇌관, 그리고 수질외경가나 폰 섹션으로 뇌를 해부합니다. 그리고 뇌 용색제에 1 시간 동안 섭씨 50도, 액체 신윤질 칵테일 10 마이크로 리터를 첨가합니다. 적용된 용액의 방사능을 결정하기 위해, 흡입 칵테일에 용해된 투여 용액의 25 마이크로리터 알리쿼트(aliquot)를 자극 바이알로 옮기고, 탄소-14 방사능의 분당 붕괴를 측정하여 액체 신자극 카운터에서 적용한다.
흡입 마취하에서, 어떤 실험적인 개별 간 변이는 내트라나시스 약 전달 동물 중 관찰되지 않습니다. 식도 역캐뉼라 비강 투여 방법이 사용되는 경우, 미생물 분과보다 후각 전구, 뇌막 및 메둘라 직사각형에서 상당히 높은 수준의 탄소-14 이눌린이 관찰된다. 더욱이, 더 높은 탄소-14 이눌린후각전과 메둘라 직사각형에서 검출되며, 둘 다 뇌로의 통로에서 두드러진 진화되어 뇌에서 뇌로 의한 통로에서 뇌에서 두드러진 것으로 나타났다.
개발 후, 이 기술은 중추 신경계에 있는 큰 분자 치료 에이전트의 생체 활성을 탐구하기 위하여 코-뇌 전달 의 필드에 있는 연구원을 위한 도로를 포장했습니다.
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개요
본 논문은 실험 동물의 신체적 스트레스를 최소화하기 위해 설계된, 흡입 마취 하에서 안정적으로 비강 내 투여를 수행하는 두 가지 새로운 방법을 제시합니다. 또한, 방사성 표지된 [14C]-inulin을 사용하여 코-뇌 경로를 통한 뇌 내 약물 분포의 정량적 평가 방법을 설명합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 제약학
- 약물 전달 시스템
- 신경과학
배경
- 비강 내 투여는 중추신경계로 약물을 전달하는 유망한 경로입니다.
- 실험 중 스트레스를 최소화하는 것은 윤리적인 연구 수행을 위해 매우 중요합니다.
- 약물 분포에 대한 정량적 평가는 약동학적 이해를 높일 수 있습니다.
- 방사성 표지 화합물은 약물 전달 기전을 연구하기 위한 효과적인 모델로 활용될 수 있습니다.
연구 목적
- 안정적인 비강 내 약물 투여 방법을 개발한다.
- 코-뇌 경로를 통한 약물 전달의 효과를 평가한다.
- 시술 중 실험 동물의 신체적 스트레스를 최소화한다.
사용된 방법
- 마이크로파이펫을 이용한 carbon-14 이눌린 용액 투여.
- 마우스의 스트레스를 줄이기 위한 흡입 마취 사용.
- 안정성을 위해 마우스를 코르크 보드 위에仰臥位(등을 대고 누운 자세)로 배치.
- 우측 및 좌측 콧구멍에 약물 용량을 교대로 투여.
주요 결과
- 동물에게 최소한의 스트레스를 주며 약물을 성공적으로 투여함.
- 약물 분포 수준에 대한 정량적 평가 달성.
- 비강-뇌 전달법(nose-to-brain delivery method)의 효능 입증.
- 중추신경계 질환 치료에 대한 잠재적 시사점.
결론
- 개발된 방법들은 비강 내 약물 전달을 위한 신뢰할 수 있는 접근 방식을 제공합니다.
- 이러한 기술들은 약리학 및 약물 전달 시스템 연구를 발전시킬 수 있습니다.
- 향후 연구에서는 중추신경계(CNS) 치료제 분야에서의 더 광범위한 응용 가능성을 탐색할 수 있을 것입니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
혈뇌장벽을 우회하여 중추신경계(CNS) 표적 치료제의 위험성을 낮추기 위해서는 신뢰할 수 있는 코-뇌 전달 모델을 구축하는 것이 매우 중요합니다. 통제된 조건 하에서 거대 분자 수송을 정량적으로 평가하면 리드 후보 물질 평가 시 예측 신뢰도를 높일 수 있습니다. 이러한 방법은 스트레스가 최소화된 동물 모델로부터 재현 가능한 약동학 데이터를 제공함으로써 초기 발견 단계의 의사 결정을 지원합니다.
바이오 제약 R&D에서의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 과학적 가치: 방사성 표지 추적자 정량을 통해 고분자 치료제의 비강-뇌 전달 가설 검증을 가능하게 함.
- 운영적 가치: 흡입 마취 하에 표준화된 투여 방법을 제공하여 변동성을 줄이고 연구 간 재현성을 향상시킴.
- 예측적 가치: 후각구, 대뇌 및 연수에서의 정량적 뇌 분포 데이터를 생성하여 표적 결합 및 경로 검증을 지원함.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 시린지 펌프 또는 마이크로피펫을 통해 일관된 비강 내 투여를 수행하여, 스크리닝 캠페인을 위한 재현 가능한 화합물 노출을 보장합니다.
- 운영적 가치: 제어된 투여 속도를 통해 분석 표준화를 지원하며, 정확한 판독을 위해 뇌 영역의 해부학적 절편 제작을 수행합니다.
- 확장성 가치: 동물 체중 및 비강 구조에 맞춰 캐뉼라 길이와 주입 매개변수를 조정함으로써, 다양한 약물 후보군에 걸쳐 플랫폼 재사용을 용이하게 합니다.
중개 및 전임상 연구
- 과학적 가치: 거대 분자의 코-뇌 전달 효율 평가를 가능하게 하여, 중추신경계(CNS) 노출과 중개 바이오마커 간의 일치성을 확인하는 데 정보를 제공합니다.
- 운영적 가치: 역캐뉼라 삽입(reverse cannulation)을 통해 점액섬모 청소 효과를 최소화함으로써 약물 체류 시간을 늘리고 뇌 조직 내 신호 검출 능력을 향상시킵니다.
- 리스크 완화: 전달 신뢰도와 정량적 민감도를 높여 전임상 모델에서의 위음성 결과 발생을 줄입니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
이 방법은 타겟 검증부터 리드 화합물 발굴, 그리고 전임상 평가로 이어지는 발견 연속체 과정에 부합하며, go/no-go 결정을 내리는 데 필요한 정량적인 코-브레인(nose-to-brain) 전달 데이터를 제공합니다.
- 발견 생물학: 부위별 방사능 측정을 통해 비강 수송 메커니즘의 가설 검증 및 경로 명확화를 지원합니다.
- 스크리닝: 표준화된 저스트레스 투여 및 추적자의 분포 정량 검출을 통해 분석 준비를 가능하게 합니다.
- 분석: 액체 신틸레이션 계수를 통해 분당 붕괴수(DPM) 판독값을 생성하여 뇌 부위 및 투여 방법을 비교합니다.
- 중개 연구: 중추신경계(CNS) 약물 표적과 관련된 거대 분자 수송을 정량화함으로써 발견 단계와 전임상 단계의 연속성을 연결합니다.
- 기업적 재사용: 흡입 마취 하에 적응 가능한 캐뉼라 기반 전달 방식을 통해 다양한 약물 후보 물질을 평가할 수 있는 재사용 가능한 역량을 구축합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 경로에 관여하는 주요 뇌 영역의 추적자 축적량을 정량화함으로써 코-뇌 전달(nose-to-brain delivery)의 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 표준화된 마취, 위치 고정 및 주입 속도 제어 프로토콜을 통해 재현성과 표준화를 향상시킵니다.
- 전략적 가치: 중추신경계(CNS) 전달 가능성의 기전적 모호성을 줄여 go/no-go 의사결정 과정을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 정량적 뇌 노출 데이터를 기반으로 후보 물질의 위험 조정 우선순위 선정을 가능하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 설치류 수술, 마취 관리 및 방사성 추적자 취급에 관한 전문 지식이 필요합니다.
- 해부 현미경, 마이크로 시린지 펌프, 신틸레이션 카운터 및 방사성 동위원소 시설의 이용 가능 여부에 따라 달라집니다.
- 캐뉼라 삽입 깊이, 절개 크기 및 뇌 해부 프로토콜에 대한 팀 간 표준화가 필요합니다.
- 캐뉼라 길이를 설정할 때 동물의 체중 및 비강 크기의 차이에 따른 적응 고려 사항이 포함됩니다.
- 실질적인 제한 사항으로는 역캐뉼라 삽입(reverse cannulation)의 수술적 침습성과 일관성 유지를 위한 전문 교육의 필요성이 있습니다.
