Ten artykuł szczegółowo opisuje, jak Elvax 40W może być używany jako metoda o powolnym uwalnianiu do dostarczania leku do siatkówki dorosłego szczura. Opisano protokół przygotowania, ładowania i dostarczania kompleksu lek-żywica do oka.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten artykuł szczegółowo opisuje, jak Elvax 40W może być używany jako metoda o powolnym uwalnianiu do dostarczania leku do siatkówki dorosłego szczura. Opisano protokół przygotowania, ładowania i dostarczania kompleksu lek-żywica do oka.
Choroby siatkówki są trudne do leczenia, ponieważ siatkówka leży głęboko w oku. Do leczenia tych chorób często potrzebne są inwazyjne metody dostarczania leków. Przewlekłe choroby siatkówki, takie jak obrzęk siatkówki lub neowaskularyzacja zwykle wymagają wielu wstrzyknięć do gałki ocznej, aby skutecznie leczyć ten stan. Jednak, ryzyko związane z tymi zastrzykami wzrasta przy wielokrotnym dostarczaniu leku. W związku z tym należy ustalić alternatywne metody podawania, aby zminimalizować ryzyko ponownego wstrzyknięcia. W kilku innych badaniach opracowano metody dostarczania leków przez dłuższy czas, za pomocą materiałów zdolnych do powolnego uwalniania substancji chemicznych do oka. W tym badaniu przedstawiamy zastosowanie Elvax 40W, żywicy kopolimerowej, do działania jako nośnik do dostarczania leku do siatkówki dorosłego szczura. Żywica jest wytwarzana i ładowana lekiem. Kompleks lek-żywica jest następnie wszczepiany do jamy ciała szklistego, gdzie z czasem powoli uwalnia lek. Metoda ta została przetestowana przy użyciu 2-amino-4-fosfonomaślanu (APB), analogu glutaminianu, który blokuje odpowiedź świetlną siatkówki. Wykazano, że APB był powoli uwalniany z żywicy i był w stanie zablokować odpowiedź siatkówki do 7 dni po implantacji. Wskazuje to, że powolne dostarczanie leków przy użyciu tej żywicy kopolimerowej jest skuteczne w leczeniu siatkówki i może być stosowane terapeutycznie po dalszych testach.
Leczenie chorób przewlekłych, takich jak cukrzyca i wysokie ciśnienie krwi, stanowi wiele wyzwań, ponieważ te choroby zazwyczaj wymagają leczenia przez dłuższy okres czasu, często na całe życie. Wymagało to opracowania systemów dostarczania leków o powolnym uwalnianiu, które zmniejszają potrzebę częstego dawkowania. Skuteczność tych metod powolnego uwalniania została wykazana poprzez opracowanie pomp insulinowych w celu zmniejszenia liczby zastrzyków insuliny potrzebnych w leczeniu cukrzycy. Przewlekłe choroby oka, szczególnie te dotyczące jego wewnętrznych warstw, wymagają częstego podawania leków za pomocą inwazyjnych procedur. Jedną z takich przewlekłych chorób dotykających ludzkie oko jest zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD). Wpływa na centralną siatkówkę, która jest warstwą tkanki nerwowej znajdującą się w tylnej części oka, odpowiedzialną za inicjowanie widzenia. AMD jest główną przyczyną ślepoty w świecie zachodnim1. Szczególnym wyzwaniem w leczeniu chorób siatkówki jest to, że lek jest niezbędny, aby dotrzeć do tej głębokiej warstwy oka, co często wymaga inwazyjnych metod dostarczania. Leki są zwykle podawane do komory ciała szklistego i siatkówki za pomocą iniekcji doszklistkowych. Jednak przy każdym wstrzyknięciu istnieje ryzyko powikłań poiniekcyjnych, w tym zapalenia wnętrza gałki ocznej, odwarstwienia siatkówki, zaćmy i krwotoku do ciała szklistego2. Ryzyko to zwielokrotnia się z każdym ponownym wstrzyknięciem leku.
Zmniejszenie potrzeby wielokrotnych wstrzyknięć byłoby główną korzyścią w leczeniu AMD. W leczeniu wysiękowej postaci AMD, w której cechą charakterystyczną jest wzrost nowych naczyń, ustaloną strategią terapeutyczną jest celowanie w czynniki wzrostu śródbłonka (VEGF) za pomocą inhibitorów VEGF3. Obecnie są one dostarczane poprzez wielokrotne wstrzyknięcia do ciała szklistego. Podobnie w leczeniu obrzęku plamki żółtej, który jest częstym powikłaniem retinopatii cukrzycowej, kortykosteroidy są podawane w wielokrotnych wstrzyknięciach4. Dostarczanie tych leków metodami powolnego uwalniania może rzeczywiście zmniejszyć ryzyko powikłań po wstrzyknięciu.
Po raz pierwszy opisano pojęcie systemu dostarczania leków o powolnym uwalnianiu, wykorzystującego pojazd z gumy silikonowej do dostarczania małych cząsteczek do tkanek zwierzęcych5. Od tego czasu opracowano inne metody powolnego uwalniania, aby dostarczyć większe cząsteczki, z których kilka zostało przetestowanych w oku. Nośniki cząstek, takie jak biodegradowalne mikrosfery, nanocząstki poli-laktydo-ko-glikolidu (PLGA) i pęcherzyki fosfolipidowe (liposomy) mogą być użyteczne jako nośniki6,7. Nanocząstki i liposomy PLGA porównano w środowisku in vitro pod kątem ich zdolności do dostarczania środków przeciwnowotworowych przez twardówkę w czasie7. Oba pojazdy były skuteczne w powolnym uwalnianiu leków. Jednak badanie przeprowadzono tylko w środowisku in vitro. Bochot i in. (2002)8 przetestowali skuteczność liposomów w dostarczaniu cząsteczek do siatkówki in vivo. Wykazali, że liposomy z powodzeniem dostarczają małe oligonukleotydy do siatkówki królika. Autorzy zasugerowali, że liposomy mogą być korzystne w leczeniu chorób siatkówki8. Jednak natura tych pęcherzyków, które unoszą się w ciele szklistym, oznacza, że prawdopodobnie będą one rozmazywać lub upośledzać widzenie9.
Okabe et al. (2003)10 użyli niebiodegradowalnych krążków polimerowych wykonanych w 33% z octanu etylenu i winylu do aplikacji beta-metazonu u królików. Wszczepili dyski do kieszonki twardówkowej i wykazali skuteczne uwalnianie leku do ciała szklistego i siatkówki przez okres do jednego miesiąca10. Jednak w tym konkretnym protokole implant był stosunkowo duży i sztywny i wymagał bardziej złożonego zabiegu chirurgicznego, w tym dużego nacięcia twardówki i zszycia.
Wcześniejsze badanie badało reakcję tkanek na różne nośniki polimerowe poprzez wszczepianie ich do rogówki oczu królika i stwierdziło, że kopolimery etylenu i octanu winylu umyte w alkoholu nie powodują stanu zapalnego ani podrażnienia. Wykazano, że kompleksy te utrzymują dostarczanie większych związków do tkanek zwierzęcych przez dłuższy czas, niektóre przekraczające nawet 100 dni w zależności od leku11. Jeden z takich rodzajów żywicy kopolimerowej został opracowany przemysłowo w postaci Elvax 40W (40% wagowo zawartość komonomeru etylenu i octanu winylu z dodatkiem amidu "W" w celu poprawy obsługi peletów). Ta żywica kopolimerowa jest substancją obojętną, która jest stabilna zarówno w temperaturze pokojowej, jak i w temperaturze ciała. Nie wykazano, aby powodował alergie lub toksyczność w tkance biologicznej. Żywica ta skutecznie dostarczyła szeroką gamę leków w różnych modelach eksperymentalnych, które badają funkcje różnych układów, takich jak układ przewodowy sutka12, pierwszorzędowa kora słuchowa13,14 i układ wzrokowy żaby15. Żywica ta była również używana w oku do dostarczania leków do rozwijającego się żółwia16,17, zarodka kurczaka18,19 i siatkówki dorosłej fretki20. W ośrodkowym układzie nerwowym szczura żywica była używana tylko w mózgu21-23, ale jej zastosowanie w oku szczura nie zostało udokumentowane.
Zaletą używania tej żywicy kopolimerowej do powolnego dostarczania leków do siatkówki w porównaniu z innymi metodami, jest to, że jest to stabilny związek, który nie powoduje stanu zapalnego ani podrażnienia oka. W przeciwieństwie do nośników cząstek, kompleks lek-żywica nie upośledza widzenia po implantacji, ponieważ zwykle pozostaje w miejscu porodu, zamiast unosić się w ciele szklistym. Wymagałoby to jedynie prostego procesu implantacji do jamy ciała szklistego w pobliżu rąbka oka i nie wymagałoby szycia po implantacji. Ostatnio pojawiło się kilka nowatorskich systemów dostarczania, takich jak technologia komórek kapsułkowanych (ECT)24,25, hydrożele26 i mikrofilmy27. Jednak metoda zastosowana w obecnym badaniu do przygotowania i dostarczania kompleksu lek-żywica jest zarówno łatwa do naśladowania, jak i niedroga, a tym samym bardziej korzystna do stosowania w podstawowym środowisku badawczym. Wyzwaniem związanym z wykorzystaniem tego kompleksu do dostarczania długoterminowych terapii farmakologicznych jest określenie optymalnego stężenia leku, które zmaksymalizuje korzyści terapeutyczne wynikające z mniejszej liczby wstrzyknięć doszklistkowych.
Ten artykuł ma na celu zademonstrowanie zastosowania kompleksu lek-żywica do długoterminowego leczenia siatkówki dorosłego szczura. Skuteczność tego sposobu podawania jest testowana przy użyciu analogu glutaminianu 2-amino-4-fosfonomaślanu (APB) jako leku. APB blokuje odpowiedź na światło komórek dwubiegunowych ON, naśladując glutaminian, endogenny neuroprzekaźnik w siatkówce28. Kiedy APB konkuruje z glutaminianem o swój receptor, blokuje odpowiedź na światło. APB jest stosowany w badaniach fizjologicznych do kontrolowania funkcji siatkówki i pomiaru jej wpływu za pomocą metod elektrofizjologicznych, takich jak elektroretinografia (ERG). W poprzednich badaniach APB był stosowany zarówno w krótkotrwałym29, jak i długoterminowym leczeniu rozwijającej się siatkówki; To ostatnie polegało na podawaniu pojedynczej dawki we wstrzyknięciu do gałki ocznej codziennie przez 30 dni30. Taką samą ilość APB (0,092 mg w sterylnym roztworze soli fizjologicznej, o stężeniu 50 μM) użyto do wszystkich wstrzyknięć, jak sugerowano w poprzedniej pracy28,29,31. Wybraliśmy APB do przetestowania kompleksu lek-żywica jako nośnika o powolnym uwalnianiu do dostarczania leków do oka. Metody przedstawione w tym badaniu są podobne do wcześniej opisanych metod polegających na przygotowaniu kompleksu lek-żywica16,32; Jednak szczegółowo opisujemy również jego zastosowanie w oku dorosłego szczura. Po chirurgicznym wszczepieniu żywicy obciążonej APB do oka, ERG wykonano w celu ustalenia, czy APB znosi odpowiedź świetlną siatkówki, a tym samym, czy APB został pomyślnie uwolniony do ciała szklistego i siatkówki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie przeprowadzone eksperymenty były zgodne z Oświadczeniem ARVO dotyczącym wykorzystania zwierząt w badaniach okulistycznych i wzrokowych oraz za zgodą Komitetu Etyki Zwierząt Uniwersytetu w L'Aquila oraz Komitetu Etyki Eksperymentów na Zwierzętach Australijskiego Uniwersytetu Narodowego. W całym tym badaniu wykorzystano dorosłe szczury (P100-200).
1. Przygotuj granulki żywicy kopolimerowej
2. Przygotuj roztwór leku do załadunku
3. Przygotuj i załaduj kompleks lekowo-żywiczny
4. Przygotowanie kompleksu lek-żywica do chirurgicznej implantacji
5. Chirurgicznie wszczepić kompleks lek-żywica do oka szczura
UWAGA: Chlorowodorek lignokainy minimalizuje miejscowy dyskomfort.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Do wykrycia wpływu APB na siatkówkę wykorzystano pełnowymiarową elektroretinografię (ERG). Szczegóły dotyczące sposobu wykonania badania ERG znajdują się w następujących publikacjach33,34W skrócie, po znieczuleniu zwierzęcia, na rogówce oka umieszczono elektrodę złotą, a elektrodę referencyjną w przedniej części czaszki między oczami, aby zarejestrować aktywność elektryczną siatkówki. Bodźce generowano za pomocą elektronicznej lampy błyskowej, a ich natężenie wynosiło od 10 do 106 fotoizomeryzacja, ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W pracy zademonstrowano zastosowanie kompleksu lek-żywica do powolnego dostarczania leków do siatkówki. Naszym celem było przedstawienie metody, która jest stosunkowo niedroga i łatwa do zastosowania na małym modelu zwierzęcym.
Biorąc pod uwagę, że funkcją APB jest działanie jako analog glutaminianu, zablokuje on odpowiedź siatkówki w oku. Wyniki pokazują, że APB spowodował zablokowanie odpowiedzi siatkówki w ciągu tygodnia od implantacji. Wskazuje to, że APB został pomyślnie uwolniony do ciał...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez Australijską Radę ds. Badań Naukowych poprzez ARC Centre of Excellence in Vision Science (CE0561903), National Health and Medical Research Council (1049990), oraz Progetto regionale speciale multiasse 'Reti per l'Alta Formazione' - PO FSE Abruzzo 2007-2013 - Azione 4.II.iii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Elvax 40W Pellets | Du Pont, DE, Stany Zjednoczone | ||
| Dimetylosulfotlenek (DMSO) | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA Kwas | ||
| 2-amino-4-fosfonomasłowy (APB) | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | A1910 | |
| Dichlorometan | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | 34856 | |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | ||
| Drieryt, siarczan wapnia | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | 238910 | |
| Ketamina, Ilium Ketamil | Troy Laboratories Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Ksylazyna, Ilium Xylazil-20 | Troy Laboratories Pty. Ltd., Nowa Południowa Walia, Australia | ||
| Siarczan atropiny, krople do oczu Minims | Bausch & Lomb Pty. Ltd., Nowa Południowa Walia, Australia | ||
| Chlorowodorek tetrakainy, krople do oczu Minims | Bausch & Lomb Pty. Ltd., Nowa Południowa Walia, Australia | ||
| Chloramfenikol, Maść Chlorsig | Aspen Pharma Pty. Ltd., Nowa Południowa Walia, Australia | ||
| Pentobarbital, Lethabarb | Virbac Australia Pty. Ltd., Nowa Południowa Walia, Australia | ||
| Chlorowodorek lidokainy, Ilium Lignocaine-20 | Troy Laboratories Pty. Ltd., Nowa Południowa Walia, Australia | ||
| Narzędzie do dziurkowania Uni-Core | World Precyzja Instruments Inc., FL, Stany Zjednoczone | ||
| Zakrzywione kleszcze | World Precision Instruments Inc., FL, Stany Zjednoczone | ||
| Mikroskop operacyjny, Zeiss OPMI 99 | Zeiss, Niemcy | ||
| Igła insulinowa 25 G | Terumo Corp., Tokio, Japonia | ||
| Pęseta Dumont | World Precision Instruments Inc., Floryda, Stany Zjednoczone |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.