Разработка фармацевтического сухого порошка требует надежных испытаний in vivo , часто с использованием мышиной модели. Технология устройства для точной и воспроизводимой доставки сухих порошковых аэрозолей мышам ограничена. В этом исследовании представлены одноразовые дозаторы для доставки легочных лекарств в дозах, соответствующих мышам, что помогает в первоначальном исследовании проверки концепции.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Одноразовые дозаторы, предназначенные для доставки сухого порошка мышам
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Ингаляторы с сухим порошком обладают многочисленными преимуществами для доставки лекарств в легкие, включая стабильные твердофазные лекарственные формы, портативность устройства, дозирование и дозирование болюса, а также механизм диспергирования без пропеллента. Для разработки фармацевтических сухих порошковых аэрозольных продуктов необходимы надежные испытания in vivo . Как правило, первоначальные исследования включают в себя использование мышиной модели для предварительной оценки перед проведением формальных исследований на более крупных видах животных. Однако существенным ограничением в этом подходе является отсутствие подходящей технологии устройства для точной и воспроизводимой доставки сухих порошков мелким животным, что затрудняет использование таких моделей. Для решения этих проблем были разработаны одноразовые шприцевые дозаторы для внутрилегочного введения сухих порошков в дозах, подходящих для мышей. Эти дозаторы загружают и подают заданное количество порошка, полученного из однородного слоя порошка насыпной плотности. Это дискретное управление достигается путем введения тупой иглы на фиксированную глубину (трамбовка) в слой порошка, каждый раз удаляя фиксированное количество. Примечательно, что такая схема дозирования доказала свою эффективность для целого ряда порошков, высушенных распылением. В экспериментах с использованием четырех различных моделей порошков, высушенных распылением, дозаторы продемонстрировали способность достигать доз в диапазоне от 30 до 1100 мкг. На достигнутую дозу влияли такие факторы, как количество тампонов, размер иглы дозатора и конкретная используемая рецептура. Одним из ключевых преимуществ этих дозаторов является простота изготовления, что делает их доступными и экономичными для доставки сухих порошков мышам во время первоначальных экспериментальных исследований. Одноразовый характер дозаторов облегчает их использование в процедурных кабинетах для животных, где неудобно чистить и заправлять многоразовые системы и взвешивать материалы. Таким образом, разработка одноразовых шприцев-дозаторов устранила значительное препятствие в доставке сухого порошка мышей для экспериментальных исследований, что позволило исследователям проводить более точные и воспроизводимые предварительные исследования на моделях мелких животных для легочной доставки лекарств.
Введение
Использование ингаляторов с сухим порошком (DPI) для доставки легочных лекарств привлекло значительный интерес за последние три десятилетия в связи с глобальным отказом от хлорфторуглеродных пропеллентов 1,2. DPI обладают многочисленными преимуществами по сравнению с другими системами доставки легких, такими как дозированные ингаляторы и небулайзеры, включая стабильность рецептуры, портативность, простоту использованияи механизмы диспергирования без использования 2. Однако, прежде чем перейти к клиническому переводу продуктов DPI, необходимо провести несколько доклинических исследований, многие из которых первоначально завершаются с использованием мышиной модели. Тем не менее, доступные технологии точной и воспроизводимой доставки сухих порошков мелким животным ограничены.
Распространенные методы доставки сухих порошков мелким животным, таким как мыши, включают пассивную ингаляцию 3,4,5,6,7 и прямое введение 8,9,10,11,12,13. Для пассивной ингаляции обычно требуется специальная камера, в которой используются большие дозы распыляемого порошка для приготовления достаточного аэрозольного облака. Поскольку мыши являются облигатными носовыми дышащими14, для доставки путем пассивного вдыхания необходимо, чтобы порошок прошел через нос и горло, чтобы достичь легких, что требует поддержания аэрозольного облака с достаточными аэродинамическими свойствамичастиц 7,8. Несмотря на то, что это полезный метод, который более физиологически актуален, чем прямая доставка из-за ингаляции в результате нормального дыхания14, он может не подходить для первоначальных исследований, где масса порошка ограничена.
В качестве альтернативы сообщалось о ряде интратрахеальных устройств для прямой доставки сухого порошка 8,9,10,11,12,13. Интратрахеальные устройства обходят нос и горло, доставляя порошок непосредственно в легкие и позволяя более точно контролировать доставляемую дозу14. Кроме того, некоторые устройства, особенно те, которые подготовлены с использованием процедуры подбивочной загрузки9, могут быть приготовлены в меньших количествах, что является важным фактором для первоначальных экспериментальных исследований. Отсутствие общедоступных устройств для интратрахеального введения ограничивает их потенциал использования, ограничивая их доступность и приводя к межлабораторным различиям14. В этом исследовании мы предлагаем простой, недорогой, одноразовый дозатор для интратрахеальной доставки, который может быть использован для экспериментальных исследований на мышах при разработке аэрозолей сухого порошка.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Все эксперименты на животных проводились в соответствии с Законом о благополучии животных и Политикой общественного здравоохранения по гуманному уходу за лабораторными животными и их использованию. Протокол исследования был одобрен Комитетом по уходу за животными и их использованию Научного центра здоровья Университета Теннесси. Здоровым самкам мышей линии BALB/c в возрасте ~6-8 недель вводили сухое порошкообразное содержание одного дозатора внутрилегочным аэрозолем для фармакокинетического исследования с использованием сухих порошков спектинамида 15999. Животные были получены из коммерческого источника (см. Таблицу материалов).
1. Подготовка дозатора и компонентов наполнения
- Обрежьте пластиковую часть тупой иглы из нержавеющей стали диаметром 2,54 см (1 дюйм) (21-25 G) с помощью прецизионной пилы для резки (см. Таблицу материалов) или ленточной шлифовальной машины до тех пор, пока не останется 2-3 мм пластикового люэра (Рисунок 1A и Рисунок 2A).
ПРИМЕЧАНИЕ: Если используется ленточная шлифовальная машина, иглу из нержавеющей стали может потребоваться очистить с помощью иглы меньшего размера или проволоки, чтобы устранить возможные препятствия. - Отрежьте кончик (1-1,5 см) конической центрифужной пробирки объемом 0,6 мл. Наполните кончик тюбика 30-35 мг порошка.
ПРИМЕЧАНИЕ: Смотрите Репрезентативные результаты для получения подробной информации о примерах порошков, использованных в настоящем исследовании. Перед использованием в данном случае характеристики порошкового аэрозоля должны быть оценены в соответствии со стандартной методологией, описанной в Фармакопее США <601> (см. таблицу материалов). - При хранении и/или транспортировке порошка используйте крышку тюбика (отрезанную), чтобы закрыть флакон. Герметизируйте парафиновой пленкой, чтобы свести к минимуму воздействие влаги окружающей среды на порошок при хранении и/или транспортировке.
2. Загрузка и монтаж дозаторов
- Утрамбуйте обрезанную иглу из нержавеющей стали в слой порошка в коническом наконечнике центрифужной пробирки объемом 0,6 мл столько раз, сколько необходимо для достижения желаемой дозы (Рисунок 2B). Аккуратно протрите боковые стороны иглы из нержавеющей стали салфеткой с низким ворсом, чтобы удалить излишки порошка (Рисунок 3).
- Осторожно вставьте загруженную иглу из нержавеющей стали в иглу из полипропилена диаметром 3,81 см (1,5 дюйма) или иглу из политетрафторэтилена (ПТФЭ) диаметром 5,08 см (2 дюйма) (16–20 г) (см. Таблицу материалов), чтобы избежать смещения порошка (Рисунок 1B, C и Рисунок 2C).
3. Приводные дозаторы
- Оттяните одноразовый шприц до желаемого объема, который может варьироваться в зависимости от применения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для внутрилегочного введения мышам обычно подходит 0,15-0,6 мл 8,9. - Прикрепите шприц к замку Люэра на игле из полипропилена или ПТФЭ (рисунок 2D).
- Введите конец иглы дозатора в нужную мишень. Для анализа содержания и воспроизводимости порошка введите иглу через перфорированную резиновую перегородку или парафиновую пленку во флакон, содержащий небольшое количество (например, 1-5 мл) воды и/или органического растворителя (например, этанола), при этом идентичность растворителя и объем зависят от физических характеристик активного фармацевтического ингредиента (АФИ) и метода количественного определения.
- Для введения мышам иглу вводят до первой бронхиальной бифуркации трахеи мышей, находящихся под наркозом, в соответствии с установленными протоколами 9,15.
- С силой нажмите на шприц, выталкивая порошок из устройства во флакон для сбора (Рисунок 2E).
ПРИМЕЧАНИЕ: Та же техника должна быть соблюдена для доставки порошка в легкие мышей. - Для анализа содержимого и воспроизводимости флакона для сбора используйте соответствующий аналитический метод для конкретного API, такой как спектрофотометрия в УФ-видимом диапазоне (UV-Vis) или высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Аэрозольные характеристики различных порошков, высушенных распылением, были установлены до их использования в данном исследовании. Аэродинамическое распределение частиц по размерам (APSD) описывалось массовым медианным аэродинамическим диаметром (MMAD), представляющим собой размер, который делит распределение на две части в50-м процентиле (d50), и геометрическим стандартным отклонением (GSD), отражающим широту распределения. GSD определяется квадратным корнем из аэродинамического диаметра в 80-м про...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
Поскольку мыши являются облигатными носовыми дышащими, доставка через пассивный ингаляционный метод для первоначальных исследований с подтверждением концепции затрудняет оценку эффективности и дозы, поскольку порошок должен проходить через нос и горло в зависимости от свойств частиц и эффективности диспергирования порошка 7,8,14. Использование разработанных здесь дозаторов обходит нос и горло, при этом дозатор вводится ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Благодарности
Авторы выражают признательность за финансирование со стороны Национальных институтов здравоохранения (R01AI155922). Микроскопия была проведена в Аналитической и нанопроизводственной лаборатории Чапел-Хилл (CHANL), входящей в Сеть нанотехнологий Исследовательского треугольника Северной Каролины (North Carolina Research Triangle Nanotechnology Nanotechnology Network, RTNN), которая поддерживается Национальным научным фондом, грант ECCS-1542015, в рамках Национальной координационной инфраструктуры нанотехнологий (National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, NNCI).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,6 мл микроцентрифужные пробирки | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Аналитические весы | Mettler Toledo | AR1140 | Можно использовать любые аналитические весы с достаточным диапазоном |
| Тупая игла из нержавеющей стали, 1 дюйм, 21 г | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Тупоя игла из нержавеющей стали, 1 дюйм, 22 г | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Тупой игла из нержавеющей стали, 1 дюйм, 25 г | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Одноразовый шприц с люэровским замком (1 мл) | Шприцы Fisher Scientific | 14-823-30 | 3-мл также можно использовать |
| Самка мышей BALB/c | Чарльз Ривер, Уилмингтон, Массачусетс, США | ||
| Высокопроизводительный каскадный ударный элемент | Ударный аппарат нового поколения | 5 | |
| Лабораторная пленка (например, парапленка) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Салфетка с низким ворсом (например, Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Ингалятор с сухим порошком с низким сопротивлением | RS01 mod 7 | ||
| Полипропиленовая игла, 1,5 дюйма, 16 г | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Полипропиленовая игла, 1,5 дюйма, 18 г | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Полипропиленовая игла, 1,5 дюйма, 20 г | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Прецизионная отрезная пила | TedPella | 812-300 | Ленточная шлифовальная машина может быть использована в качестве альтернативы |
| Игла из ПТФЭ, 2 дюйма, 20 г | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP Общая глава < 601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
Ссылки
- Wu, X., Li, X., Mansour, H. M. Surface analytical techniques in solid-state particle characterization for predicting performance in dry powder inhalers. KONA Powder and Particle Journal. 28, 3-18 (2010).
- Maloney, S. E., Mecham, J. B., Hickey, A. J. Performance testing for dry powder inhaler products: towards clinical relevance. KONA Powder and Particle Journal. 40, 172-185 (2023).
- Maloney, S. E., et al. Spray dried tigecycline dry powder aerosols for the treatment of nontuberculous mycobacterial pulmonary infections. Tuberculosis. 139, 102306(2023).
- Kaur, J., et al. A hand-held apparatus for "nose-only" exposure of mice to inhalable microparticles as a dry powder inhalation targeting lung and airway macrophages. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 34 (1), 56-65 (2008).
- Yi, J., et al. Whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposures. Journal of Visualized Experiments. (75), e50263(2013).
- Chung, Y. H., Han, J. H., Lee, Y. -H. A study on subchronic inhalation toxicology of 1-chloropropane. Toxicological Research. 31 (4), 393-402 (2015).
- Kuehl, P. J., et al. Regional particle size dependent deposition of inhaled aerosols in rats and mice. Inhalation Toxicology. 24 (1), 27-35 (2012).
- Manser, M., et al. Design considerations for intratracheal delivery devices to achieve proof-of-concept dry powder biopharmaceutical delivery in mice. Pharmaceutical Research. 40, 1165-1176 (2023).
- Stewart, I. E., et al. Development and characterization of a dry powder formulation for anti-tuberculosis drug spectinamide 1599. Pharmaceutical Research. 36 (9), 136(2019).
- Durham, P. G., et al. Disposable dosators for pulmonary insufflation of therapeutic agents to small animals. Journal of Visualized Experiments. (121), e55356(2017).
- Miwata, K., et al. Intratracheal administration of siRNA dry powder targeting vascular endothelial growth factor inhibits lung tumor growth in mice. Molecular Therapy: Nucleic Acids. 12, 698-706 (2018).
- Duret, C., et al. Pharmacokinetic evaulation in mice of amorphous itraconazole-based dry powder formulations for inhalation with high bioavailability and extended lung retention. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 86 (1), 46-54 (2014).
- Maloney, S. E., et al. Preparation strategies of the anti-mycobacterial drug bedaquiline for intrapulmonary routes of administration. Pharmaceuticals. 16 (5), 729(2023).
- Price, D. N., Kunda, N. K., Muttil, P. Challenges associated with the pulmonary delivery of therapeutic dry powders for preclinical testing. KONA Powder and Particle Journal. 36, 129-144 (2019).
- Qiu, Y., Liao, Q., Chow, M. Y. T., Lam, J. K. W. Intratracheal administration of dry powder formulation in mice. Journal of Visualized Experiments. (161), e61469(2020).
- Fiegel, J., et al. Preparation and in vivo evaluation of a dry powder for inhalation of capreomycin. Pharmaceutical Research. 25 (4), 805-811 (2008).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
