Nieuwe methoden voor intranasale toediening onder inademing verdoving te evalueren van de neus-naar-Brain Drug Delivery
14 november 2018
Hier beschrijven we twee nieuwe methoden van stabiele intranasale toediening onder inademing verdoving met minimale fysieke stress voor proefdieren. Ook beschrijven we een methode voor kwantitatieve beoordeling van drug distributie niveaus in de hersenen via de neus-aan-hersenen pathway met behulp van radiolabeled [14C]-inuline als model substraat van in water oplosbare macromoleculen.
Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van farmaceutische wetenschappen over intranasale administratie en farmacokinetiek en farmacologie van geneesmiddelen van belang. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het kan worden gebruikt voor de kwantitatieve evaluatie van neus-tot-hersenen levering medicijn kandidaten en inademing anesthesie met minimale stress voor de dieren. De implicaties van deze techniek strekt zich uit tot de therapie van ziekten van het centrale zenuwstelsel als het bijdraagt aan de ontwikkeling van drugs levering technologieën via de neus-naar-hersenen route.
Het aantonen van de procedure zal Mitsuyoshi Fukuda, een promovendus uit mijn laboratorium. Voor intranasale levering via micropipet in een geïsoleerde radio-isotoopfaciliteit. Tape en verdoven de muis op een kurk bord in de supine positie, en het beheer van 25 microliters van koolstof-14 inuline oplossing in een tot twee microliter doses, als alternatief, in de rechter en linker neusgaten van het dier.
Voor omgekeerde cannulation levering van de luchtwegen door de slokdarm, plaats de verdoofde muis onder een ontledenmicroscoop, en maak een 1,5 centimeter huid incisie over de keel. Gebruik tangen om de incisie uit te breiden tot de luchtpijp wordt blootgesteld, en maak een een millimeter incisie in de blootgestelde luchtpijp. Plaats een canule van 1,2 centimeter in de voorgetekende positie in de incisie en bevestig het andere uiteinde van de canule aan de binnenkant van een inademingsmasker.
Gebruik hierna tangen om de slokdarm onder de luchtpijp bloot te leggen. Gebruik een schaar om een incisie van een millimeter in de slokdarm te maken en steek een tweede canule van 1,4 centimeter in de voorgetekende positie naar het achterste uiteinde van de neusholte. Het is belangrijk om canule op een juiste lengte in te voegen op basis van het gewicht van het proefdier en de lengte van de canule in andere te passen.
Ligate de slokdarm canule en bevestig een 27-gauge naald aan een een milliliter spuit gevuld met een administratie oplossing aangesloten op een programmeerbare microsuitpomp. Lever vervolgens 25 microliter koolstof-14 inuline met een constante snelheid van vijf microliter per minuut totdat het volledige volume van de oplossing is toegediend. Een langzame maar constante diffusiesnelheid is belangrijk voor het behoud van zoveel mogelijk geneesmiddelenoplossing in de neusholte.
Om de hoeveelheid koolstof-14 inuline die de bloed-hersenbarrière 30 minuten na de inuline toediening gekruist kwantificeren, gebruik schaar om zorgvuldig open de schedel van elk experimenteel behandeld dier van de medulla oblongata kant, en gebruik een microspatula om zorgvuldig schep uit de hersenen. Plaats elke hersenen op een stuk zoutoplossing bevochtigd filterpapier in een petrischaal op ijs als het wordt geoogst. En gebruik een zoutwaterd wattenstaafje om bloed van het oppervlak van elke hersenen schoon te maken.
Vervolgens, snel maar voorzichtig, ontleden de hersenen in reukbol, cerebrum, en medulla oblongata, plus pons secties. En plaats de hersenmonsters in weefselslijmbilator gedurende een uur op 50 graden Celsius, gevolgd door de toevoeging van 10 microliters vloeibare scintillatiecocktail. Om de radioactiviteit van de toegepaste oplossing te bepalen, breng je een 25 microliter aliquot van de toedieningsoplossing over, opgelost in de scintillatiecocktail, naar een scintillatiebrol, en meet je de desintegratie per minuut van de koolstof-14 radioactiviteit in het hersenmonster en de toegepaste oplossing in een vloeibare scintillatieteller.
Bij inademingsverdoving wordt geen experimentele inter-individuele variatie waargenomen bij intranasaal geleverde dieren. Wanneer de slokdarm omgekeerde canule neusholte toedieningsmethode wordt gebruikt, aanzienlijk hogere niveaus van koolstof-14 inuline worden waargenomen in de olfactorische bol, cerebrum, en medulla oblongata, dan via micropipette levering. Bovendien wordt hogere koolstof-14 inuline gedetecteerd in de olfactorische bol en de medulla oblongata, die beide prominent zijn geëvolueerd in de neus-naar-hersenen pad, dan in de cerebrum.
Na de ontwikkeling maakte deze techniek de weg vrij voor onderzoekers op het gebied van neus-naar-hersenlevering om de bioactiviteit van grote molecuultherapeutische middelen in het centrale zenuwstelsel te onderzoeken.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert twee nieuwe methoden voor stabiele intranasale toediening onder inhalatieanesthesie, ontworpen om fysieke stress bij proefdieren te minimaliseren. Daarnaast wordt een kwantitatieve evaluatiemethode beschreven voor de distributie van geneesmiddelen in de hersenen via het neus-naar-hersenenpad met behulp van radiolabelled [14C]-inuline.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Farmaceutische wetenschappen
- Drug delivery-systemen
- Neurowetenschappen
Achtergrond
- Intranasale toediening is een veelbelovende route voor het afleveren van geneesmiddelen in het centrale zenuwstelsel.
- Het minimaliseren van stress tijdens experimenten is cruciaal voor ethische onderzoekspraktijken.
- Kwantitatieve evaluatie van de distributie van geneesmiddelen kan het begrip van de farmacokinetiek verbeteren.
- Radiogemarkeerde verbindingen kunnen dienen als effectieve modellen voor het bestuderen van mechanismen voor de aflevering van geneesmiddelen.
Doel van de studie
- Om methoden te ontwikkelen voor een stabiele intranasale toediening van geneesmiddelen.
- Om de effectiviteit van geneesmiddelentoediening via de nose-to-brain-route te evalueren.
- Om fysieke stress bij proefdieren tijdens de procedures tot een minimum te beperken.
Gebruikte methoden
- Toediening van een koolstof-14 inulinoplossing via een micropipet.
- Gebruik van inhalatieanesthesie om stress bij muizen te verminderen.
- Plaatsing van muizen in rugligging op een kurkbord voor stabiliteit.
- Afwisselende toediening van drugsdoses in de rechter- en linkerneusgaten.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle toediening van geneesmiddelen met minimale stress voor de dieren.
- Kwantitatieve evaluatie van de bereikte distributieniveaus van het geneesmiddel.
- Demonstratie van de effectiviteit van de nose-to-brain toedieningsmethode.
- Potentiële implicaties voor de behandeling van ziekten van het centrale zenuwstelsel.
Conclusies
- De ontwikkelde methoden bieden een betrouwbare aanpak voor intranasale geneesmiddelentoediening.
- Deze technieken kunnen het onderzoek naar farmacologie en drug delivery-systemen verder bevorderen.
- Toekomstige studies kunnen bredere toepassingen in CNS-therapieën onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Het vaststellen van betrouwbare modellen voor toediening via de neus naar de hersenen is cruciaal voor het verminderen van risico's bij therapeutica die op het centraal zenuwstelsel zijn gericht, door de bloed-hersenbarrière te omzeilen. Kwantitatieve beoordeling van macromoleculair transport onder gecontroleerde omstandigheden maakt voorspellend vertrouwen mogelijk bij de evaluatie van lead-kandidaten. Deze methoden ondersteunen vroege beslissingen in de ontdekkingsfase door reproduceerbare farmacokinetische gegevens te verschaffen vanuit minimaal gestresste diermodellen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om hypothesen over neus-naar-brein-transport voor macromoleculaire therapeutica te onderzoeken met behulp van kwantificering van radiogemarkerde tracers.
- Operationele waarde: Biedt gestandaardiseerde toediening onder inhalatieanesthesie om variabiliteit te verminderen en de reproduceerbaarheid tussen studies te verbeteren.
- Voorspellende waarde: Genereert kwantitatieve gegevens over de hersenverdeling in de bulbus olfactorius, het cerebrum en de medulla oblongata om target-engagement en pathway-validatie te ondersteunen.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Maakt consistente intranasale dosering mogelijk via een spuitpomp of micropipet om een reproduceerbare blootstelling aan verbindingen te garanderen voor screeningcampagnes.
- Operationele waarde: Ondersteunt de standaardisatie van assays door gecontroleerde toedieningssnelheden en anatomische dissectie van hersengebieden voor een nauwkeurige uitlezing.
- Schaalbaarheidswaarde: Faciliteert het hergebruik van het platform voor verschillende kandidaat-geneesmiddelen door de canulelengte en infusieparameters aan te passen aan het gewicht van het dier en de nasale anatomie.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Maakt evaluatie mogelijk van de efficiëntie van neus-naar-hersenen-toediening voor grote moleculen, wat bijdraagt aan de afstemming van translationele biomarkers met CNS-blootstelling.
- Operationele waarde: Minimaliseert effecten van mucociliaire klaring via reverse canulatie, waardoor de retentie van het geneesmiddel toeneemt en de signaaldetectie in hersenweefsel verbetert.
- Risicobeheersing: Vermindert vals-negatieve resultaten in preklinische modellen door de betrouwbaarheid van de toediening en de kwantitatieve gevoeligheid te verhogen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie via leadidentificatie tot preklinische evaluatie, waarbij kwantitatieve gegevens over neus-naar-brein-toediening worden geleverd die ten grondslag liggen aan go/no-go-beslissingen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten van nasale transportmechanismen en pathway-verduidelijking via regio-specifieke radioactiviteitsmeting.
- Screening: Maakt assay-gereedheid mogelijk door gestandaardiseerde, stressarme toediening en kwantitatieve detectie van tracerdistributie.
- Analytics: Genereert read-outs van desintegraties per minuut (DPM) via vloeistofscintillatietelling om hersenregio's en toedieningsmethoden te vergelijken.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt discovery met preklinische continuïteit door kwantificering van macromoleculair transport dat relevant is voor CNS-drug targeting.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare capaciteit voor het evalueren van diverse drug-kandidaten via aanpasbare canule-gebaseerde toediening onder inhalatieanesthesie.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in toediening via de neus naar de hersenen door de accumulatie van tracers te kwantificeren in belangrijke hersenregio's die bij het traject betrokken zijn.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie door middel van geprotocolleerde anesthesie, positionering en controle van de infusiesnelheid.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming door mechanische ambiguïteit in het potentieel voor toediening aan het CZS te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risicogecorrigeerde prioritering van kandidaten mogelijk op basis van kwantitatieve gegevens over de blootstelling van de hersenen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in knaagdierchirurgie, anesthesiebeheer en het omgaan met radioactieve tracers.
- Afhankelijk van toegang tot dissectiemicroscopen, microspuitpompen, scintillatietellers en radioisotoopfaciliteiten.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de diepte van de cannuulplaatsing, de grootte van de incisie en de protocollen voor hersendissectie.
- Omvat aanpassingen voor variërende diergewichten en afmetingen van de neusholte bij het bepalen van de cannuullengte.
- Praktische beperkingen omvatten de chirurgische invasiviteit van reverse cannuulplaatsing en de noodzaak van gespecialiseerde training om consistentie te waarborgen.
