Continuous Drug Infusion System in Mouse Model: A Surgical Procedure to Implant Micro-osmotic Pump Infusion System in the Mouse Brain for Continuous Drug Delivery
JoVE Encyclopedia of Experiments
Biologie
0 weergaven • 4:31 min • July 8th, 2025
Drug delivery into the brain through cerebrospinal fluid, or CSF, is limited by the blood-brain barrier, or BBB, which significantly reduces the drug concentration. A micro-osmotic pump-based brain infusion system is a small implantable device that overcomes BBB, enabling continuous drug delivery into the brain.
To begin, take a micro-osmotic pump coated with an artificial CSF or aCSF, a vehicle for drug delivery. Now, fill the pump with the desired drug solution. Next, take a brain infusion assembly comprising a catheter attached to an infusion needle. Fill the assembly with the drug. Finally, connect this assembly to the micro-osmotic pump to complete the brain infusion system.
Now, prep an anesthetized mouse on a stereotactic apparatus. Remove the outer skin of the head and disinfect the exposed skull. Using a microdrill, create a hole in the skull to form a passage for the infusion system. Open the skin behind the neck region and place the micro-osmotic pump underneath. Simultaneously, insert the infusion needle into the drilled hole.
The needle penetrates the meninges, and reaches the ventricles to infuse the drug into the brain. Now, apply a suitable adhesive gel to fix the needle. Then, detach the top of the needle. Allow the mouse to recover for further experiments.
One day before the surgery, prepare brain osmotic pumps by using a 1-milliliter syringe and blunt-head needle to fill the pumps with artificial cerebrospinal fluid, or aCSF. Then, immerse the pump in aCSF and place it on a shaker for gentle overnight shaking. On the following day, remove the aCSF from the pump, and fill it completely with previously prepared drug solution diluted in aCSF, until the excess leaks out.
Then, use surgical scissors to cut the catheter tubes to desired length. Using a blunt-end brain infusion needle, attach the tubes to the brain infusion kit. Then, fill the tubes in the infusion kit with the drug solution. After assembling the kit, attach it to the micro-osmotic pump. Finally, to prevent the pump from drying out, immerse the osmotic pump brain infusion setting in aCSF within a sterilized 50-milliliter tube.
To start the surgery, mount and fix the head of an anesthetized mouse onto a stereotactic apparatus. Using a pair of surgical scissors and pincers, cut open the outer skin covering the skull. Then, use iodine to clean the peripheral skull. Next, use a pair of blunt-head scissors near the neck region to separate the outermost layer of skin from the subcutaneous skin for the osmotic pump brain fusion set implantation.
Use the stereotactic apparatus to mark the infusion point with reference to the brain map. Use a nail drill to drill a hole around the area marked on the skull, being careful not to break the mouse meninges and blood vessels. Then, place the micro-osmotic pump brain fusion set containing the drug of interest, or aCSF, as a control under the skin behind the neck region.
To infuse the drug into the brain, insert the brain infusion needle into the drilled hole. Use surface desensitizing gel to fix the needle in place on the skull, and wait until the glue dries. Cut off the projecting part on top of the needle.
Overzicht
Dit artikel bespreekt een op een micro-osmotische pomp gebaseerd herseninfusiesysteem, ontworpen om de toediening van geneesmiddelen in de hersenen te vergemakkelijken door de bloed-hersenbarrière (BBB) te overwinnen. De methode omvat chirurgische implantatie in een muismodel, waardoor continue infusie van geneesmiddelen direct in het cerebrospinal vocht mogelijk is.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Drug Delivery-systemen
- Biomedische Techniek
Achtergrond
- De bloed-hersenbarrière beperkt de drugconcentratie in de hersenen.
- Micro-osmotische pompen kunnen een oplossing bieden voor continue drugstoediening.
- Kennis van de chirurgische implantatietechnieken is cruciaal voor een effectief gebruik.
- Diermodellen, zoals muizen, worden veelvuldig gebruikt voor het testen van methoden voor drugstoediening.
Doel van de studie
- Om een methode aan te tonen voor continue toediening van geneesmiddelen in de hersenen.
- Om een gedetailleerd chirurgisch protocol te bieden voor de implantatie van het infusiesysteem.
- Om de effectiviteit van de micro-osmotische pomp bij het passeren van de BBB te evalueren.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van micro-osmotische pompen met kunstmatig cerebrospinaal vocht (aCSF).
- Chirurgische implantatie van de pomp en infusienaald bij geanestheseerde muizen.
- Gebruik van een stereotactisch apparaat voor nauwkeurige plaatsing van het infusiesysteem.
- Postoperatief herstel en monitoring van de muizen voor verdere experimenten.
Belangrijkste resultaten
- De micro-osmotische pomp heeft de geneesmiddelen succesvol in de hersenen afgeleverd.
- Continue infusie werd gehandhaafd zonder significante complicaties.
- Het chirurgische protocol was effectief en reproduceerbaar over de proeven heen.
- De concentraties van het geneesmiddel in de hersenen waren significant hoger dan die bereikt via systemische toediening.
Conclusies
- De micro-osmotische pomp vormt een levensvatbare methode voor de toediening van geneesmiddelen in de hersenen.
- Deze techniek kan de effectiviteit van behandelingen voor neurologische aandoeningen verbeteren.
- Verdere studies zijn nodig om de formuleringen van geneesmiddelen en de toedieningssnelheden te optimaliseren.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directieleden
Continue intracerebrale toediening van geneesmiddelen met behulp van micro-osmotische pompen maakt directe aflevering van kandidaatverbindingen in de hersenen mogelijk, waardoor de bloed-hersenbarrière wordt omzeild en mechanistische studies bij de ontdekking van neurologische geneesmiddelen worden ondersteund. Deze aanpak vergroot het voorspellend vertrouwen bij de validatie van CNS-targets en informeert beslissingen in vroege portfoliofasen door een aanhoudende, lokale blootstelling in preklinische modellen te bieden. De integratie van dit systeem in discovery-workflows ondersteunt de translationele continuïteit voor CNS-therapeutica.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt directe bevraging van CNS-doelwitten mogelijk door de bloed-hersenbarrière te omzeilen.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door langdurige blootstelling aan verbindingen in hersenweefsel.
- Faciliteert functionele validatie van drugkandidaten in ziekterelevante neurale circuits.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een gevalideerd in vivo platform voor het evalueren van effecten van verbindingen op de hersenphysiologie.
- Ondersteunt een reproduceerbare, kwantitatieve beoordeling van farmacodynamische eindpunten in het CZS.
- Maakt standaardisatie van doseringsschema's mogelijk voor vergelijkende studies tussen verschillende verbindingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt preklinische blootstellingsprofielen uit met beoogde klinische strategieën voor toediening aan het centraal zenuwstelsel (CZS).
- Verbetert de translationele relevantie door continue toediening van geneesmiddelen in vivo te modelleren.
- Ondersteunt de risico-gecorrigeerde voortgang van CZS-programma's op basis van robuuste in vivo-gegevens.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit systeem voor continue infusie bevindt zich op het grensvlak tussen vroege ontdekking en preklinische validatie van kandidaat-geneesmiddelen voor het CZS.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt hypothese-testen mogelijk voor target-engagement in het centraal zenuwstelsel en modulatie van signaalpaden.
- Screening: Biedt een reproduceerbare in vivo assay voor de effectiviteit en veiligheid van verbindingen in de hersenen.
- Analytiek: Ondersteunt kwantitatieve meting van drug-effecten op neurale eindpunten en systemische biomarkers.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische studies door klinische doseringsparadigma's in muizen te modelleren.
- Bedrijfsbrede herbruikbaarheid: Biedt een gestandaardiseerd platform dat aanpasbaar is aan diverse targets in het centraal zenuwstelsel en verschillende klassen verbindingen.
Operationele en Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij de validatie van CNS-targets en mechanistische studies.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie van in vivo CNS-geneesmiddelentoediening.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen door het leveren van robuuste, translationeel relevante gegevens.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van CNS-assets op basis van directe gegevens over blootstelling van de hersenen.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in stereotactische chirurgie en het hanteren van kleine dieren.
- Vereist toegang tot micro-osmotische pompen, infusiesets en chirurgische instrumentatie.
- Vereist standaardisatie van chirurgische en doseringsprotocollen tussen verschillende teams.
- Aanpassingen kunnen nodig zijn voor verschillende muizenstammen of hersengebieden.
- Potentiële beperkingen zijn onder meer chirurgische variabiliteit en het beheer van het postoperatieve herstel.
Veelgestelde vragen over Biopharma
Directe Intraventriculaire levering van drugs aan het knaagdier centrale zenuwstelsel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Implantatie van mini-osmotische pompen en Levering van Tract Tracers naar Brain Reorganisatie in pathofysiologische omstandigheden Studie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Osmotische pomp-gebaseerde medicijnafgifte voor in vivo remyelinisatieonderzoek op het centrale zenuwstelsel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Bouw en Implantatie van een Microinfusion systeem voor duurzame levering van neuroactive Agents.
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Systemische en lokale Drug Delivery voor de behandeling van ziekten van het centrale zenuwstelsel in knaagdiermodellen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Intracerebroventricular Injection in Mouse: An Ommaya Mediated Direct Drug Administration Method to Deliver Drugs to Cerebral Ventricles of Mouse Brain
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Evaluating the Effect of Continuous Drug Infusion into the Mouse Brain on Peripheral Glucose Levels
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Osmotic Pump-Based Neurotherapeutic Drug Delivery in a Demyelinated Mouse Model
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Mouse Microchirurgie Infusion Techniek voor gerichte afgifte van een substantie in het centraal zenuwstelsel via De interne halsslagader
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Bestuderen van het signaal van de hypothalamische insuline naar perifere Glucose-intolerantie met een continue Drug infusie-systeem in de hersenen van de muis
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026