Opracowanie komory do badania toksyczności inhalacyjnej tylko przez nos, która zapewnia cztery stężenia ekspozycji na nanocząstki
18 marca 2019
Komora do toksyczności inhalacyjnej tylko dla nosa, zdolna do testowania toksyczności inhalacyjnej przy czterech różnych stężeniach ekspozycji, została zaprojektowana i zatwierdzona pod kątem jednorodności pola przepływu i zanieczyszczenia krzyżowego między portami ekspozycji dla każdego stężenia. W niniejszej sprawie przedstawiamy protokół potwierdzający, że projektowana komora jest skuteczna w badaniach toksyczności inhalacyjnej.
Przedstawiamy protokół badania, który jest zgodny z wytycznymi OECD dotyczącymi badania toksyczności inhalacyjnej dla narażenia na pojedyncze i wielokrotne stężenia. Komora inhalacyjna o wielu stężeniach, która może testować do czterech stężeń ekspozycji jednocześnie, będzie bardziej ekonomiczna dla małych instytutów badawczych. Aby rozpocząć testowanie komory o pojedynczym stężeniu, uszczelnij komorę i sprawdzaj ją pod kątem szczelności przy wskaźniku 500 i ujemnym 500 paskali przez 30 minut każdy.
Następnie ustaw temperaturę czystego powietrza na 23 stopnie Celsjusza i 45% wilgotności względnej. Zacznij przepływać czyste powietrze przez wlot aerozolu i osłonę z prędkością odpowiednio 48 i 20 litrów na minutę. Ustaw różnicę ciśnień spalin na minus 100 paskalów.
Po ustabilizowaniu się przepływu zmierz prędkości przepływu w trzech losowo wybranych portach z każdego poziomu, aby potwierdzić, że przepływ jest równomierny. Natężenie przepływu powinno wynosić około jednego litra na minutę. Powtórz pomiary jeszcze dwa razy.
Następnie zatrzymaj przepływ powietrza i załaduj 0,1% wagowo roztwór chlorku sodu do systemu generowania aerozolu. Rozpocznij wytwarzanie aerozolu z prędkością 20 litrów na minutę z czystym powietrzem jako gazem nośnym. Rozcieńczyć aerozol w 28 litrach czystego powietrza na minutę.
Skonfiguruj system pomiaru wielkości cząstek i losowo wybierz trzy porty z każdego poziomu komory. Zmierz trzykrotnie rozkład wielkości cząstek w każdym wybranym porcie. Aby rozpocząć tworzenie komory wielostężeniowej, sprawdź, czy nie ma w niej wycieków i ustaw dopływ czystego powietrza na 23 stopnie Celsjusza i 45% wilgotności względnej.
Ustaw wydech tak, aby utrzymywał różnicę ciśnień ujemną 100 paskalów. Następnie podłącz dopływ czystego powietrza do portu w górnej komorze i zacznij przepływać czyste powietrze przez komorę z prędkością 11 litrów na minutę. Gdy przepływ się ustabilizuje, zmierz trzykrotnie prędkość przepływu w każdym dostępnym porcie górnej komory.
Powtórz ten proces dla pozostałych trzech przedziałów. Następnie załaduj 0,1% wagowo roztwór chlorku sodu do generatora aerozolu. Skonfiguruj system rozcieńczania aerozolu tak, aby wytwarzał przepływ aerozolu z prędkością 11 litrów na minutę.
Podłącz wlot aerozolu do górnej komory, poczekaj, aż przepływ się ustabilizuje i losowo wybierz sześć portów z tej komory. Zmierz trzykrotnie rozkład wielkości cząstek w każdym z tych portów za pomocą systemu pomiaru wielkości cząstek. Powtórz ten proces dla każdej komory.
Po zakończeniu spłukuj komory czystym powietrzem przez 30 minut. Następnie podłącz wlot czystego powietrza do górnej komory i przepuszczaj przez niego czyste powietrze z prędkością 11 litrów na minutę. Skonfiguruj system rozcieńczania aerozoli dla przepływu aerozoli o niskim i wysokim stężeniu z prędkością 11 litrów na minutę.
Podłącz przewód o niskim stężeniu do drugiego najwyższego komory, a przewód o wysokim stężeniu do dolnej komory. Odczekaj 10 minut, aż przepływy się ustabilizują. Następnie losowo wybierz jeden port z każdej z trzech komór i zmierz stężenie aerozolu w wybranych portach 15 razy każdy, aby sprawdzić, czy nie ma zanieczyszczenia krzyżowego.
Zarówno komory ekspozycji jednostężeniowej, jak i wielostężeniowej wykazały dobrą jednorodność przepływu na każdym poziomym poziomie komory. Znormalizowane przepływy były zbliżone do wartości obliczonych podczas modelowania systemu. Dobrą równomierność przepływu zaobserwowano również w pionie w komorze pojedynczego zatężenia.
Komora wielostężeniowa ma tylko jeden poziom portów na komorę, więc bezpośrednie pomiary jednorodności pionowej nie miały zastosowania. Stężenie cząstek było również równomierne w poziomie dla obu komór i było jednorodne w pionie dla komory o pojedynczym stężeniu. Stężenia aerozoli w różnych komorach komory wielostężeniowej wykazywały stosunkowo niewielkie różnice w 15 pomiarach, co wskazuje na minimalne zanieczyszczenie krzyżowe między komorami.
Ważne jest, aby sprawdzać odtwarzalność w trakcie całej procedury, zwłaszcza podczas eksperymentalnego badania oceny działania badania zanieczyszczenia krzyżowego. Testy oceny wydajności można rozszerzyć poprzez porównanie wyniku eksperymentu z modelowaniem układu komorowego za pomocą obliczeniowej dynamiki płynów.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia zwalidowaną komorę do badania toksyczności inhalacyjnej z ekspozycją wyłącznie przez nos, zaprojektowaną do testowania toksyczności inhalacyjnej przy różnych stężeniach ekspozycji. Opisany protokół zapewnia skuteczność przeprowadzonych badań przy jednoczesnym zachowaniu zgodności z wytycznymi OECD.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Toksykologia
- Ekspozycja wziewna
- Zdrowie środowiskowe
Wstęp
- Badania toksyczności wziewnej są kluczowe dla oceny bezpieczeństwa substancji.
- Istniejące metody mogą być niewystarczająco wydajne dla małych instytutów badawczych.
- Opracowanie komory wielokoncentracyjnej pozwala rozwiązać te ograniczenia.
- Zgodność z wytycznymi OECD zapewnia standaryzację protokołów badawczych.
Cel badania
- Zaprojektowanie komory umożliwiającej jednoczesne testowanie wielu stężeń.
- Walidacja komory pod kątem jednorodności pola przepływu oraz kontaminacji krzyżowej.
- Opracowanie protokołu skutecznych badań toksyczności wziewnej.
Zastosowane metody
- Uszczelnienie komory i testowanie nieszczelności przy określonych poziomach ciśnienia.
- Ustawianie temperatury i wilgotności czystego powietrza dla warunków testowych.
- Przepływ czystego powietrza przez wlot aerozolu i osłonę z określonymi natężeniami.
- Monitorowanie różnicy ciśnień w układzie wydechowym podczas pracy.
Główne wyniki
- Komora skutecznie utrzymuje jednorodność pola przepływu dla różnych stężeń.
- Zminimalizowano ryzyko kontaminacji krzyżowej pomiędzy portami ekspozycyjnymi.
- Badania przy zastosowaniu wielu stężeń okazały się ekonomicznie korzystne dla instytutów badawczych.
- Protokół jest zgodny z międzynarodowymi standardami testowania.
Wnioski
- Opracowana komora inhalacyjna jest niezawodnym narzędziem do badań toksyczności.
- Zwiększa ona możliwości prowadzenia badań w zakresie toksykologii inhalacyjnej.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tym protokole w przypadku różnych substancji.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Solidne komory do badania toksyczności wziewnej z walidowaną możliwością stosowania wielu stężeń są kluczowe dla wczesnej oceny bezpieczeństwa cząsteczek w nanoskali i aerozoli w procesie opracowywania leków i materiałów. Konstrukcja tej komory umożliwia jednoczesną, powtarzalną ekspozycję w czterech stężeniach, co wspiera efektywną charakterystykę zagrożeń i zmniejsza zapotrzebowanie na zasoby. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w ocenie ryzyka wziewnego i dostarcza danych do decyzji dotyczących selekcji portfolio dla terapeutyków wziewnych oraz kandydatów na nanomateriały.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia kontrolowane testowanie hipotez dotyczących toksyczności związków podawanych drogą wziewną w wielu różnych stężeniach.
- Wspiera redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez izolowanie biologicznych odpowiedzi zależnych od stężenia.
- Ułatwia funkcjonalną walidację celów terapeutycznych dla substancji wziewnych w modelach przedklinicznych.
- Zwiększa pewność prognostyczną przy rozwijaniu kandydatów na leki podawane drogą wziewną.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne warunki ekspozycji dla rozwoju testów.
- Dostarcza ilościowych odczytów specyficznych dla poszczególnych przedziałów do analizy zależności dawka-odpowiedź.
- Zmniejsza ryzyko kontaminacji krzyżowej, zapewniając wiarygodną ocenę związków.
- Umożliwia skalowalny screening formulacji inhalacyjnych lub nanomateriałów.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Zapewnia zgodność protokołów ekspozycji drogą wziewną z wytycznymi regulacyjnymi w celu zachowania ciągłości translacyjnej.
- Wspiera postęp dostosowany do poziomu ryzyka poprzez generowanie powtarzalnych danych dotyczących toksyczności.
- Ułatwia prowadzenie badań pomostowych od etapu odkrywania do przedklinicznej oceny bezpieczeństwa.
- Umożliwia ocenę ekspozycji wziewnych istotnych dla danej choroby po adaptacji do konkretnych modeli.
Integracja potoku i przepływu pracy
Komora ta integruje się z kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, umożliwiając wczesną, ilościową ocenę toksyczności inhalacyjnej oraz wspierając priorytetyzację wiodących kandydatów w przypadku terapeutyków podawanych drogą wziewną lub opartych na nanotechnologii.
- Biologia odkryć: Wspiera testowanie hipotezy zerowej i ograniczanie ryzyka mechanistycznego dla substancji podawanych drogą wziewną.
- Przesiewy: Zapewnia zwalidowane, powtarzalne warunki ekspozycji oraz ilościowe wyniki dla badań zależności dawka-odpowiedź.
- Analityka: Umożliwia precyzyjny pomiar jednorodności przepływu, wielkości cząstek i stężenia w portach ekspozycyjnych.
- Badania translacyjne: Jest zgodny z protokołami regulacyjnymi, wspierając ciągłość od wczesnych etapów odkrywania do przedklinicznych badań bezpieczeństwa.
- Wielokrotne zastosowanie w przedsiębiorstwie: Konstrukcja komory jest dostosowana do badań z pojedynczym lub wieloma stężeniami oraz różnymi rodzajami cząstek, co maksymalizuje użyteczność w obszarze B+R.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach toksyczności wziewnej.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje protokoły ekspozycji, zwiększa powtarzalność i umożliwia testowanie równoległe.
- Wartość strategiczna: Poprawia jakość decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz efektywność kapitałową poprzez konsolidację testów wielodawkowych.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów na leki wziewne lub produktów opartych na nanotechnologii.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu nauki o aerozolach, toksykologii inhalacyjnej oraz modelowania dynamiki płynów.
- Wymaga aparatury do precyzyjnego pomiaru przepływu, ciśnienia i wielkości cząstek.
- Wymaga rygorystycznej standaryzacji międzyzespołowej w celu zapewnienia powtarzalności i porównywalności danych.
- Możliwość dostosowania do różnych typów i stężeń cząstek poprzez modyfikacje protokołu.
- Walidacja wydajności powinna obejmować obliczeniowe i eksperymentalne kontrole zanieczyszczeń krzyżowych.
