Fonte: Kay Stewart, RVT, RLATG, CMAR; Valerie A. Schroeder, RVT, RLATG. Universidade de Notre Dame, IN
A administração composta é frequentemente um componente integral de um estudo animal. Muitos fatores precisam ser avaliados para garantir que o composto seja entregue corretamente. A rota da administração afeta os mecanismos de absorção. As características da substância a ser introduzida (pH, viscosidade e concentração) podem ditar qual rota de administração é selecionada.1,2,3
As duas principais rotas administrativas são enteral (via trato digestivo) e parenteral (administrado fora do trato digestivo). A escolha da rota administrativa é determinada principalmente pelos requisitos do estudo. A principal vantagem para a dosagem parenteral é que o composto não está sujeito ao metabolismo hepático, resultando em maior biodisponibilidade. No entanto, existem muitos protocolos experimentais que exigem que os compostos sejam administrados oralmente para melhor imitar a ingestão natural de uma substância. A melhor rota para utilizar é determinada pelas propriedades do composto de teste.
A dosagem oral é o método mais usado de administração de drogas em humanos. Isso é feito com comprimidos, cápsulas ou formas líquidas de medicação. Comprimidos e administração de cápsulas são impraticáveis em roedores, de modo que a dosagem oral comum para ratos e ratos é realizada pela dissolução do composto em água potável, utilizando alimentos especializados que incorporam o composto de teste na fórmula, ou colocando o composto em guloseimas. Ao dosar via água potável, a sacarose é frequentemente adicionada à água para melhorar a palatabilidade. No entanto, deve ser bem equilibrado para incentivar a ingestão normal de água e não beber excessivamente por causa do sabor açucarado.
Muitos estudos têm demonstrado que o gavage oral repetido é estressante tanto para ratos quanto pararatos. 4,5 Também é trabalhoso para a equipe de cuidados com animais. Há alimentos comercialmente disponíveis que têm compostos comumente dosados – como fenbendazol, que é usado para eliminar parasitas em roedores incorporados a ele. Outras empresas fornecem guloseimas medicadas que contêm anti-inflamatórios, analgésicos, antiparasiticos ou antibióticos. As empresas de ração que fabricam as dietas formuladas para camundongos e ratos criarão dietas especializadas de teste para atender a um requisito experimental. Muitos laboratórios formularam suas próprias guloseimas com o uso de mel, manteiga de amendoim ou gelatina sabor fruta. 4,5
A dosagem oral carece de precisão porque a ingestão de um composto depende da aceitação do alimento ou da água, da estabilidade do composto e do número de animais presentes na gaiola. No entanto, se a dosagem exata não é fundamental para o experimento, esse método não invasivo de dosagem é melhor para o bem-estar dos animais.
Gavage oral é um método muito mais preciso de dosagem enteral, pois permite a deposição do composto diretamente no estômago do animal em um momento específico e em um volume especificado. No entanto, o treinamento é necessário para garantir o sucesso. A adequada contenção do animal é crucial para o sucesso desta técnica. Lesões na cavidade oral, faringe, laringe, traqueia, esôfago e estômago podem resultar de posicionamento inadequado da cabeça e do corpo. O animal deve ser bem agarrado, de tal forma que a cabeça não possa torcer, para evitar tais lesões.
As agulhas de dosagem estão disponíveis em formatos reutilizáveis ou descartáveis. Embora caro, o uso de agulhas descartáveis remove a ameaça de contaminação cruzada ao dosar vários animais. Existem vários tamanhos de agulhas de gavage, variando de 20-22 para ratos e calibre 18-20 para ratos. A escolha da agulha é determinada pelo tamanho do animal, pelo volume de líquido e pela viscosidade da solução a ser administrada.
A gavagem oral deve ser realizada em um animal consciente para diminuir a possibilidade de colocar a agulha na traqueia. Um animal consciente manterá o reflexo de deglutição, bem como o reflexo da mordaça, facilitando a colocação adequada no esôfago. Foi realizado um estudo demonstrando que o preencoatamento da agulha de gavage com sacarose induziu o reflexo de deglutição e diminuiu o tempo necessário para passar a agulha para o esôfago. 6
Um agente tópico que é colocado diretamente na superfície da pele é geralmente destinado a afetar apenas a área a que é aplicada. Estes podem ser cremes, loções, pomadas, espumas ou géis. Como os animais tendem a preparar a área onde o agente é aplicado, a toxicidade do consumo oral deve ser considerada.
Os compostos administrados topicamente são formulados para serem absorvidos através das camadas de derme e do espaço subcutâneo através dos folículos capilares e das glândulas acessórias. Os fatores que afetam a absorção dos compostos incluem a condição da pele, a área de superfície utilizada, a concentração da substância, a solubilidade lipídica do composto e o tempo em que está em contato com a superfície da pele. Camadas de pele bem hidratadas e finas diminuirão o tempo de absorção.
Ao aplicar uma substância topicamente, há a chance de absorção sistêmica devido ao animal que cuida da área. Medidas preventivas devem ser tomadas para evitar a ingestão de acidentes ou a remoção precoce da substância. Coleiras pequenas ou escudos estão disponíveis para evitar que o animal atinja partes do corpo afetadas. A moradia individual também pode ser necessária para evitar a allogrooming dos companheiros de gaiola.
1. Aplicação atual
Figura 1. Aplicação atual em camundongos.
2. Dosagem oral
3. Procedimento de Gavage
20-25 medidor x 1,5 em agulhas de dosagem reta ou curva são usadas para ratos. Para ratos, são utilizados 18-20 medidor x 2-3 em agulhas de dosagem reta ou curva. Estas estão disponíveis como agulhas de aço inoxidável reutilizáveis ou como agulhas descartáveis. As agulhas descartáveis podem ter um eixo plástico metálico ou flexível com uma ponta de silicone.
Figura 2. Gavage oral em ratos (esquerda) e ratos (direita).
Muitos experimentos exigem que um composto seja administrado em um animal através de uma rota oral ou tópica, de modo que o método imita melhor a ingestão natural da substância experimental.
Para a dosagem oral, o composto pode ser dissolvido na água potável ou incorporado aos alimentos que os animais consomem. Outro método mais preciso de dosagem oral é o gavage oral no qual uma agulha grande é usada para colocar o composto diretamente no estômago. Por outro lado, um agente tópico pode ser colocado diretamente na superfície da pele, e geralmente se destina a afetar apenas a área a que é aplicada. Cada uma dessas estratégias tem vantagens e limitações, que vamos discutir neste vídeo. Depois disso, demonstraremos como executar essas técnicas de administração composta em animais de laboratório, e algumas de suas aplicações.
Antes de nos aprofundarmos nos protocolos, vamos rever as considerações, benefícios e deficiências dessas técnicas. A dosagem oral com comprimidos, cápsulas ou líquido é o método mais usado de administração de drogas em humanos. No entanto, comprimidos e cápsulas são impraticáveis para roedores, de modo que a dosagem oral comum é realizada dissolvendo o composto na água potável ou alimentos.
Ao dosar via água potável, a sacarose é frequentemente adicionada à água para melhorar a palatabilidade. No entanto, deve ser bem equilibrado para incentivar a ingestão normal de água e não beber excessivamente por causa do sabor açucarado. Uma boa regra é começar com uma solução de sacarose de 10% e, em seguida, ajustar dependendo da ingestão. Outra forma de doar oralmente o animal é através de alimentos especializados. Há ração comercialmente disponível que tem compostos comumente dosados, como fenbendazol, incorporados a ele. As empresas de ração de roedores também podem criar dietas especializadas de teste para atender a um requisito experimental.
As vantagens com esta forma de dosagem oral são que ela não é invasiva, administra o composto continuamente e imita a administração de medicamentos orais humanos. No entanto, falta precisão porque a ingestão composta depende da aceitação do alimento ou da água, da estabilidade do composto e do número de animais presentes na gaiola. Se a dosagem exata não é fundamental para o experimento, este método não invasivo é melhor para o bem-estar dos animais.
Para uma administração oral mais precisa, pode-se usar gavage oral, que deposita o composto diretamente no estômago em um momento específico e em um volume especificado. No entanto, é necessário um treinamento adequado para realizar essa técnica, pois podem ocorrer danos graves ao animal se não forem devidamente contidos.
Chegando aos agentes tópicos, estes incluem cremes, loções, pomadas, sprays e géis. Normalmente, os agentes tópicos destinam-se a afetar apenas a área a que são aplicados. No entanto, eles também podem ser absorvidos na corrente sanguínea, o que pode ser intencional ou não. Essa absorção depende de: a condição da pele, a área de superfície utilizada, a concentração da substância, a duração do contato e a solubilidade lipídica do agente.
Agora que discutimos o histórico de métodos de administração oral e tópica, vamos aprender os protocolos que começam com a administração oral via ração ou água.
Para os cálculos de dosagem, primeiro você precisa saber a dose pretendida a ser administrada. Segundo, você tem que determinar o peso corporal. Em vez de pesar animais individuais, você pode usar o peso médio da cepa do rato ou rato para seus cálculos, a menos que especificado de outra forma. Em terceiro lugar, você deve estar ciente do número de animais por gaiola, e quarto, você precisa saber a média diária de consumo diário de água ou alimentos por gaiola.
Lembre-se, o alimento formulado ou a água potável com o composto dissolvido podem precisar ser substituídos com mais frequência do que alimentos ou água padrão devido à instabilidade composta. Alguns compostos podem ser sensíveis à luz ou podem precipitar com o tempo.
Agora, vamos aprender a administrar doses precisas oralmente realizando gavage oral em ratos e ratos.
O primeiro passo é selecionar uma agulha apropriada para o procedimento. Estes são reutilizáveis feitos de aço inoxidável ou descartáveis com um eixo plástico flexível e ponta de silicone. Para ratos, agulhas de dosagem reto ou curvas de 20-25 que têm 1,5 polegadas de comprimento são apropriadas. Para ratos, selecione agulhas de dosagem retos ou curvas de 18-20 que têm 2-3 polegadas de comprimento. O medidor de agulha e seleção de seringas corretas também depende de volume e viscosidade. Revise o vídeo da Administração Composta para entender o impacto desses fatores. Para dosar líquidos grossos é preferível uma seringa de bloqueio Luer.
Depois de fazer a seleção, afixe a seringa na agulha de tal forma que as graduações no barril possam ser lidas sem girar a agulha. Isso é importante, pois uma vez que a agulha foi colocada no esôfago qualquer rotação pode romper a parede esofágica resultando na morte do animal. Em seguida, encha a seringa com o volume correto da solução a ser administrada.
Este método deve ser sempre realizado em animais conscientes com reflexos de deglutição intactos para evitar a colocação acidental na traqueia. O uso da técnica de contenção adequada é fundamental para este procedimento. Para o rato, segure a pele na base da cabeça e segure firmemente o scruff. Isso garante que a cabeça tenha uma oportunidade mínima para o movimento lado a lado. Além disso, certifique-se de que o corpo está suspenso em linha reta da cabeça para a cauda; qualquer torção impedirá a colocação da agulha de gavage no esôfago. Os traseiros também devem ser estabilizados para evitar a rotação do corpo.
Para conter um rato, segure-o sobre os ombros usando o índice e os dedos médios em cada lado do pescoço. Isso evitará que o rato vire a cabeça de um lado para o outro. O polegar, terceiro e quarto dedos circundam o peito para evitar que o animal se mova para frente ou para trás.
Depois de conter corretamente o animal, posicione a agulha com a curva voltada para baixo e em linha com a curva natural do pescoço. Em seguida, introduza a agulha na boca do lado direito ou esquerdo, através da diástemata e entre os incisivos e molares em um ângulo em direção à parte de trás da faringe. Agora que a agulha é colocada na cavidade oral, use-a para inclinar a cabeça para trás até que o nariz esteja apontado para cima. Neste ponto, a agulha deve deslizar facilmente para dentro do esôfago. Uma vez que a agulha esteja posicionada no estômago, deposite suavemente o composto. Em seguida, retire a agulha do animal, certificando-se de não rodá-la. É importante NÃO forçar a agulha para baixo. Se sentir alguma resistência, remova-a e tente novamente. Durante a realização do procedimento, se o animal apresentar sinais de cianose ou dificuldade respiratória ou se houver solução que flua de sua boca, a agulha de dosagem deve ser imediatamente removida e o animal deve ser liberado em sua gaiola.
Por último, vamos rever os procedimentos para administração atual em animais de laboratório. Comece anestesiando o animal. Isso é comumente feito usando um inalador de ação rápida, o que permite uma rápida recuperação animal. Para mais detalhes sobre a administração da anestesia, consulte outro vídeo nesta coleção.
Em seguida, usando um cortador de cabelo remova todas as peles da área de aplicação. Para evitar cortes, coloque a superfície plana do cortador contra a pele e raspe na direção oposta à do crescimento capilar. Em seguida, limpe a pele com água e seque-a com uma gaze. Agora, usando um aplicador de ponta de algodão, aplique a substância diretamente na pele. Para obter melhores resultados, aplique várias camadas finas de pomada ou creme, em oposição a uma aplicação única de uma camada grossa. Para evitar a ingestão acidental de compostos topicamente aplicados devido ao preparo, coloque uma coleira pequena ou um escudo para evitar que o animal atinja a parte do corpo afetada. Além disso, para evitar que os almoestos sejam companheiros de gaiola, os animais devem ser alojados individualmente.
Agora que você tem um entendimento dessas rotas alternativas de administração, vamos ver como elas estão sendo usadas em pesquisas biomédicas hoje.
Uma das aplicações importantes do gavage oral é a administração precisa de substâncias para estudar seu efeito direto no trato gastrointestinal. Aqui, os pesquisadores usaram esse método para entregar uma levedura probiótica transformada diretamente no estômago do animal. E então eles dissecaram as manchas do Peyer, que são linfonodos organizados do intestino delgado, para estudar a adesão do microrganismo entregue.
A rota oral não invasiva pode ser usada para imitar o modus natural da infecção transmitida por alimentos. Neste experimento, o cientista desenvolveu um modelo para transmissão oral de listeria monocytogenes em camundongos através da ingestão de alimentos contaminados. Após a infecção, os pesquisadores colheram vários órgãos como intestino delgado, cólon, baço, fígado e vesícula biliar, para analisar a propagação da infecção nesses tecidos.
Por fim, alguns pesquisadores estão interessados em estudar o mecanismo pelo qual a radiação UV pode levar a queimaduras solares. Aqui, os cientistas usaram a rota tópica para aplicar uma substância farmacológica que induz a produção de melanina epidérmica-um agente protetor UV. Depois disso, eles usaram um protocolo semelhante aos estudos humanos para examinar o efeito protetor do agente topicamente aplicado contra o eritema induzido pela radiação UV.
Você acabou de assistir a segunda parte da JoVE de métodos de administração composta lidando com dosagem oral e tópica. Agora você deve entender como se pode doar oralmente o animal usando ração ou água, e como se pode realizar a administração mais precisa e oral de gavage. Por fim, você deve conhecer as considerações e métodos para administração tópica, e aplicações dessas várias técnicas. Como sempre, obrigado por assistir!
O método mais seguro e mais humano de administração composta é através da dosagem oral se for possível incorporá-lo na alimentação ou água. Gavage oral é um método de dosagem preciso, mas também é muito estressante para o animal, e requer proficiência técnica. A administração tópica geralmente é realizada com pouca ou nenhuma restrição do animal, uma vez que a área está devidamente preparada. Uma cuidadosa consideração da rota da administração deve levar em conta o potencial estresse para os animais.
Many experiments require that a compound be administered into an animal via an oral or topical route, so that the method better mimics the natural intake of the experimental substance.
For oral dosing, the compound can be dissolved into the drinking water or incorporated into the food that the animals consume. Another, more precise method of oral dosing is oral gavage in which a large needle is used to place the compound directly into the stomach. On the other hand, a topical agent can be placed directly on the skin surface, and is generally intended to affect only the area to which it is applied. Each of these strategies has advantages and limitations, which we will discuss in this video. Following that we will demonstrate how to perform these compound administration techniques in lab animals, and some of their applications.
Before delving into protocols, let’s review the considerations, benefits, and shortcomings of these techniques. Oral dosing with tablets, capsules, or liquid is the most commonly used method of drug administration in humans. However, tablets and capsule are impractical for rodents, so the common oral dosing is accomplished by dissolving the compound in the drinking water or food.
When dosing via drinking water, sucrose is often added to the water to enhance palatability. However, it should be finely balanced to encourage normal water intake and not excessive drinking because of the sugary taste. A good rule is to start with a 10% sucrose solution, and then adjust depending on the intake. Another way to orally dose the animal is through specialized food. There is commercially available feed that has commonly dosed compounds, such as fenbendazole, incorporated into it. The rodent feed companies can also create specialized test diets to meet an experimental requirement.
The advantages with this form of oral dosing are that it is non-invasive, administers the compound continuously, and mimics human oral drug administration. However, it lacks precision because compound intake is dependent on the acceptance of the food or water, the stability of the compound, and the number of animals present in the cage. If exact dosing is not critical to the experiment, this non-invasive method is best for the well being of the animals.
For more precise oral administration, one can use oral gavage, which deposits the compound directly into the stomach at a specific time and at a specified volume. However, proper training is required to perform this technique because serious damage to the animal can occur if they are not properly restrained.
Coming to topical agents, these include creams, lotions, ointments, sprays, and gels. Typically, topical agents are intended to affect only the area to which they are applied. However, they can also be absorbed into the bloodstream, which may be intentional or unintentional. This absorption depends on: the condition of the skin, the surface area utilized, the concentration of the substance, the duration of contact, and the lipid solubility of the agent.
Now that we have discussed the background of oral and topical administration methods, let’s learn the protocols starting with oral administration via feed or water.
For dosing calculations, first you need to know the intended dose to be administered. Second, you have to determine the body weight. Rather than weighing individual animals, you can use the average weight of the mouse or rat strain for your calculations, unless otherwise specified. Third, you should be aware of the number of animals per cage, and fourth, you need to know the average daily water or food consumption per cage.
Remember, the formulated food or the drinking water with the dissolved compound may need to be replaced more frequently than standard food or water due to compound instability. Some compounds may be light sensitive or may precipitate over time.
Now, let’s learn how to orally administer precise doses by performing oral gavage in mice and rats.
First step is to select an appropriate needle for the procedure. These are either reusable made up of stainless steel or disposable with a flexible plastic shaft and silicone tip. For mice, 20-25 gauge straight or curved dosing needles that are 1.5 inches in length are appropriate. For rats, select 18-20 gauge straight or curved dosing needles that are 2-3 inches long. The correct needle gauge and syringe selection also depends on volume and viscosity. Review the Compound Administration I video to understand the impact of these factors. For dosing thick liquids a Luer lock syringe is preferred.
After making the selection, affix the syringe to the needle such that the graduations on the barrel can be read without turning the needle. This is important as once the needle has been placed into the esophagus any rotation can rupture the esophageal wall resulting in death of the animal. Next, fill the syringe with the correct volume of the solution to be administered.
This method should always be performed on conscious animals with intact swallowing reflexes to prevent accidental placement into the trachea. Using proper restraint technique is critical for this procedure. For mouse, grasp the skin at the base of the head and hold the scruff tightly. This ensures that the head has minimal opportunity for side-to-side movement. Also, make sure that the body is suspended in a straight line from the head to the tail; any twisting will impede the placement of the gavage needle into the esophagus. The hindquarters must be also stabilized to prevent body rotation.
To restrain a rat, grasp it over the shoulders using the index and middle fingers on each side of the neck. This will prevent the rat from turning its head from side to side. The thumb, third, and fourth fingers encircle the chest to prevent the animal from moving forward or backward.
Once you’ve properly restrained the animal, position the needle with the curve facing downward and in line with the natural curve of the neck. Then, introduce the needle into the mouth from the right or left side, through the diastemata and between the incisors and molars at an angle toward the back of the pharynx. Now that the needle is placed in the oral cavity, use it to tilt the head back until the nose is pointed up. At this point, the needle should slide easily into the esophagus. Once the needle is positioned in the stomach, gently deposit the compound. Then, remove the needle from the animal, making sure not to rotate it. It is important NOT to force the needle down. If you feel any resistance, remove it and try again. While performing the procedure, if the animal shows signs of cyanosis or respiratory distress or if there is solution flowing from its mouth, the dosing needle should be immediately removed and the animal should be released into its cage.
Lastly, let’s review the procedures for topical administration in lab animals. Start by anesthetizing the animal. This is commonly done using a fast acting inhalant, which allows quick animal recovery. For more details on anesthesia administration, please see another video in this collection.
Next, using a hair clipper remove all fur from the area of application. To avoid any cuts, place the clipper’s flat surface against the skin and shave in the direction opposite to that of the hair growth. Then, clean the skin with water and dry it with a gauze pad. Now, using a cotton-tipped applicator, apply the substance directly to the skin. For best results, apply several thin layers of ointment or cream, as opposed to a one-time application of a thick layer. To prevent accidental ingestion of topically applied compound due grooming, place a small collar or a shield to prevent the animal from reaching the affected body part. Furthermore, to prevent allogrooming from cage mates, the animals should be housed individually.
Now that you have an understanding of these alternate routes of administration, let’s see how they are being used in biomedical research today.
One of the important applications of oral gavage is precise administration of substances to study their direct effect on the gastrointestinal tract. Here, the researchers used this method to deliver a transformed probiotic yeast directly into the animal’s stomach. And then they dissected the Peyer’s patches, which are organized lymph nodules from small intestine, to study the adherence of the delivered microorganism.
The non-invasive oral route can be used to mimic the natural modus of food-borne infection. In this experiment, the scientist developed a model for oral transmission of Listeria monocytogenes in mice via ingestion of contaminated food. Following infection, the researchers harvested various organs like small intestine, colon, spleen, liver and gall bladder, to analyze spread of infection to these tissues.
Lastly, some researchers are interested in studying the mechanism by which UV radiation may lead to sunburns. Here, the scientists used topical route to apply a pharmacologic substance that induces production of epidermal melanin-a UV protective agent. Following that, they used a protocol that is similar to human studies to examine the protective effect of the topically applied agent against erythema induced by UV radiation.
You’ve just watched JoVE’s second installment of compound administration methods dealing with oral and topical dosing. You should now understand how one can orally dose the animal using feed or water, and how one can perform the more precise, oral gavage administration. Lastly, you should know the considerations and method for topical administration, and applications of these various techniques. As always, thanks for watching!
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