Summary
Die Entwicklung pharmazeutischer Trockenpulver erfordert zuverlässige In-vivo-Tests , häufig unter Verwendung eines Mausmodells. Die Gerätetechnologie zur genauen und reproduzierbaren Abgabe von Trockenpulveraerosolen an Mäuse ist eingeschränkt. In dieser Studie werden Einwegdosierer für die pulmonale Verabreichung von Medikamenten in mausrelevanten Dosen vorgestellt, um die erste Proof-of-Concept-Forschung zu unterstützen.
Abstract
Trockenpulverinhalatoren bieten zahlreiche Vorteile für die Verabreichung von Medikamenten in die Lunge, darunter stabile Festkörperformulierungen, Gerätetragbarkeit, Bolusmessung und -dosierung sowie einen treibgasfreien Dispergiermechanismus. Für die Entwicklung von pharmazeutischen Trockenpulver-Aerosolprodukten sind robuste In-vivo-Tests unerlässlich. In der Regel beinhalten erste Studien die Verwendung eines Mausmodells für die vorläufige Bewertung, bevor formale Studien an größeren Tierarten durchgeführt werden. Eine wesentliche Einschränkung bei diesem Ansatz ist jedoch das Fehlen geeigneter Gerätetechnologie, um trockene Pulver genau und reproduzierbar an Kleintiere zu verabreichen, was die Nützlichkeit solcher Modelle behindert. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurden Einweg-Spritzendosierer speziell für die intrapulmonale Verabreichung von trockenen Pulvern in für Mäuse geeigneten Dosen entwickelt. Diese Dosierer laden und fördern eine vorbestimmte Menge an Pulver, die aus einem Pulverbett mit gleichmäßiger Schüttdichte gewonnen wird. Diese diskrete Kontrolle wird erreicht, indem eine stumpfe Nadel mit einer festen Tiefe (Stopfen) in das Pulverbett eingeführt wird, wobei jedes Mal eine feste Menge entfernt wird. Insbesondere hat sich dieses Dosierungsmuster für eine Reihe von sprühgetrockneten Pulvern bewährt. In Experimenten mit vier verschiedenen sprühgetrockneten Modellpulvern zeigten die Dosierer, dass sie Dosen im Bereich von 30 bis 1100 μg erreichen können. Die erreichte Dosis wurde durch Faktoren wie die Anzahl der Stempel, die Größe der Dosiernadel und die verwendete spezifische Formulierung beeinflusst. Einer der Hauptvorteile dieser Dosierer ist ihre einfache Herstellung, die sie für die Verabreichung von trockenen Pulvern an Mäuse während der ersten Proof-of-Concept-Studien zugänglich und kostengünstig macht. Der Einwegcharakter der Dosierer erleichtert den Einsatz in Tierbehandlungsräumen, in denen das Reinigen und Nachfüllen von Mehrwegsystemen und Wägematerialien umständlich ist. Somit hat die Entwicklung von Einwegspritzendosierern eine bedeutende Hürde bei der Verabreichung von murinem Trockenpulver für Proof-of-Concept-Studien beseitigt und es den Forschern ermöglicht, genauere und reproduzierbarere Vorstudien in Kleintiermodellen für die pulmonale Arzneimittelverabreichung durchzuführen.
Introduction
Der Einsatz von Trockenpulverinhalatoren (DPIs) für die Verabreichung von Medikamenten in der Lunge hat in den letzten drei Jahrzehnten aufgrund des weltweiten Ausstiegs aus Fluorchlorkohlenwasserstoff-Treibmitteln großes Interesse geweckt 1,2. DPIs bieten zahlreiche Vorteile gegenüber anderen pulmonalen Verabreichungssystemen, wie z. B. Dosieraerosolen und Verneblern, einschließlich Formulierungsstabilität, Portabilität, Benutzerfreundlichkeit und treibgasfreien Verteilungsmechanismen2. Bevor DPI-Produkte jedoch in die klinische Translation überführt werden können, müssen mehrere präklinische Studien durchgeführt werden, von denen viele zunächst mit einem Mausmodell durchgeführt werden. Dennoch sind die verfügbaren Technologien, um trockene Pulver präzise und reproduzierbar an Kleintiere zu verabreichen, begrenzt.
Gängige Methoden zur Verabreichung von trockenen Pulvern an Kleintiere, wie z. B. Mäuse, umfassen die passive Inhalation 3,4,5,6,7 und die direkte Verabreichung 8,9,10,11,12,13. Die passive Inhalation erfordert in der Regel eine kundenspezifische Kammer, in der große Dosen sprühgetrocknetes Pulver verwendet werden, um eine ausreichende Aerosolwolke herzustellen. Da Mäuse obligate Nasenatmer14 sind, erfordert die Verabreichung durch passive Inhalation, dass das Pulver durch Nase und Rachen in die Lunge gelangt, was die Aufrechterhaltung einer Aerosolwolke mit ausreichenden aerodynamischen Eigenschaften der Partikelerforderlich macht 7,8. Obwohl es sich um eine nützliche Technik handelt, die physiologisch relevanter ist als die direkte Verabreichung durch Inhalation als Folge der normalen Atmung14, ist sie möglicherweise nicht für erste Studien geeignet, bei denen die Pulvermasse begrenzt ist.
Alternativ wurde über eine Reihe von intratrachealen Verabreichungsvorrichtungen für die direkte Verabreichung von trockenem Pulver berichtet 8,9,10,11,12,13. Intratracheale Geräte umgehen Nase und Rachen, geben das Pulver direkt an die Lunge ab und ermöglichen eine feinere Kontrolle über die abgegebene Dosis14. Darüber hinaus können einige Vorrichtungen, insbesondere solche, die unter Verwendung eines Stopfladeverfahrens9 hergestellt wurden, mit kleineren Mengen hergestellt werden, was eine wichtige Überlegung für erste Proof-of-Concept-Studien ist. Der Mangel an universell verfügbaren intratrachealen Verabreichungsgeräten hat ihr Einsatzpotenzial behindert, die Verfügbarkeit eingeschränkt und zu Unterschieden zwischen den Laboratorien geführt14. In dieser Studie schlagen wir einen einfachen, kostengünstigen Einwegdosierer für die intratracheale Verabreichung vor, der für Proof-of-Concept-Studien an Mäusen bei der Entwicklung von Trockenpulveraerosolen verwendet werden kann.
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Protocol
Alle Tierversuche wurden in Übereinstimmung mit dem Tierschutzgesetz und der Richtlinie des öffentlichen Gesundheitsdienstes zur humanen Pflege und Verwendung von Versuchstieren durchgeführt. Das Studienprotokoll wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee des Health Science Center der University of Tennessee genehmigt. Gesunden weiblichen BALB/c-Mäusen, ~6-8 Wochen alt, wurde der Trockenpulvergehalt eines Dosierers durch intrapulmonale Aerosolabgabe für eine pharmakokinetische Studie mit Spectinamid 1599 Trockenpulvern verabreicht9. Die Tiere stammten aus einer kommerziellen Quelle (siehe Materialtabelle).
1. Vorbereitung des Dosierers und der Abfüllkomponenten
- Schneiden Sie den Kunststoff-Luer-Teil einer 2,54 cm (1 Zoll) langen stumpfen Edelstahlnadel (21-25 g) entweder mit einer Präzisionstrennsäge (siehe Materialtabelle) oder einem Bandschleifer ab, bis 2-3 mm des Kunststoff-Luers übrig bleiben (Abbildung 1A und Abbildung 2A).
HINWEIS: Wenn ein Bandschleifer verwendet wird, muss die Edelstahlnadel möglicherweise mit einer kleineren Nadel oder einem kleineren Draht gereinigt werden, um mögliche Hindernisse zu entfernen. - Schneiden Sie die Spitze (1-1,5 cm) eines konischen 0,6-ml-Zentrifugenröhrchens ab. Füllen Sie die Spitze des Röhrchens mit 30-35 mg Pulver.
HINWEIS: Siehe Repräsentative Ergebnisse für die Details der Beispielpulver, die für die vorliegende Studie verwendet wurden. Die Leistung von Pulveraerosolen sollte vor der Verwendung in dieser Anwendung gemäß der Standardmethodik bewertet werden, wie sie im USP General Chapter <601> beschrieben ist (siehe Materialtabelle). - Wenn Sie das Pulver lagern und/oder transportieren, verwenden Sie die Röhrchenkappe (abgeschnitten), um die Durchstechflasche zu verschließen. Mit Paraffinfolie versiegeln, um die Exposition des Pulvers gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit bei Lagerung und/oder Transport zu minimieren.
2. Bestückung und Montage von Dosierern
- Stampfen Sie die getrimmte Edelstahlnadel so oft wie nötig in das Pulverbett der konischen 0,6-ml-Zentrifugenröhrchenspitze, um die gewünschte Dosis zu erreichen (Abbildung 2B). Wischen Sie die Seiten der Edelstahlnadel vorsichtig mit einem fusselarmen Wischtuch ab, um überschüssiges Pulver zu entfernen (Abbildung 3).
- Führen Sie die eingelegte Edelstahlnadel vorsichtig in eine 3,81 cm (1,5 Zoll) lange Polypropylen- oder 5,08 cm (2 Zoll) Polytetrafluorethylen (PTFE)-Nadel (16-20 G) ein (siehe Materialtabelle), um zu vermeiden, dass sich Pulver löst (Abbildung 1B, C und Abbildung 2C).
3. Betätigung von Dosierern
- Ziehen Sie eine Einwegspritze auf das gewünschte Volumen zurück, das je nach Anwendung variieren kann.
HINWEIS: Für die intrapulmonale Verabreichung bei Mäusen sind 0,15-0,6 ml in der Regel angemessen 8,9. - Befestigen Sie die Spritze am Luer-Lock der Polypropylen- oder PTFE-Nadel (Abbildung 2D).
- Führen Sie das Nadelende des Dosierers in das gewünschte Ziel ein. Um den Pulvergehalt und die Reproduzierbarkeit zu analysieren, führen Sie die Nadel durch ein perforiertes Gummiseptum oder einen Paraffinfilm in ein Fläschchen ein, das eine kleine Menge (z. B. 1-5 ml) Wasser und/oder organisches Lösungsmittel (z. B. Ethanol) enthält, wobei die Identität und das Volumen des Lösungsmittels von den physikalischen Eigenschaften des pharmazeutischen Wirkstoffs (API) und der Quantifizierungsmethode abhängen.
- Für die Verabreichung an Mäuse wird die Nadel bis zur ersten Bronchialbifurkation der Luftröhre von anästhesierten Mäusen gemäß den festgelegten Protokollen 9,15 eingeführt.
- Drücken Sie die Spritze kräftig herunter und stoßen Sie das Pulver aus dem Gerät in die Sammeldurchstechflasche (Abbildung 2E).
HINWEIS: Die gleiche Technik muss für die Abgabe des Pulvers an die Lunge der Maus angewendet werden. - Verwenden Sie für die Analyse des Inhalts und der Reproduzierbarkeit aus dem Entnahmefläschchen eine geeignete Analysemethode für den jeweiligen Wirkstoff, z. B. UV-Vis-Spektrophotometrie (UV-Vis) oder Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC).
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Representative Results
Die Aerosolleistung verschiedener sprühgetrockneter Pulver wurde vor der Verwendung in dieser Studie ermittelt. Die aerodynamische Partikelgrößenverteilung (APSD) wurde durch den medianen aerodynamischen Massendurchmesser (MMAD) beschrieben, der die Größe darstellt, die die Verteilung am 50. Perzentil (d50) in zwei Teile teilt, und die geometrische Standardabweichung (GSD), die die Breite der Verteilung widerspiegelt. Die GSD ist definiert durch die Quadratwurzel des aerodynamischen Durchmessers am 80. Perzentil dividiert durch den Durchmesser am 16. Perzentil (d84/d16)1/2, wobei die Perzentile eine Standardabweichung auf beiden Seiten des Mittelwerts für eine logarithmische Normalverteilung der Masse in Bezug auf die Partikelgröße darstellen.
Vier repräsentative sprühgetrocknete Pulver wurden für die Abgabe unter Verwendung der hierin beschriebenen Dosierer in Betracht gezogen. Die sprühgetrockneten (SD) Pulver, einschließlich Tigecyclin (SD-1)3, Capreomycinsulfat (SD-2)16, Spectinamid 1599 (SD-3)9 und Albuterolsulfat (SD-4) APIs mit Hilfsstoffen, stellen eine Reihe von antibakteriellen und bronchodilatatorischen Formulierungen dar, die für eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt wurden. Vor dem Einsatz in den Dosierern wurde die aerodynamische Partikelgrößenverteilung für die vier Pulver mit einem niederohmigen Trockenpulverinhalator und einem Hochleistungs-Kaskadenimpaktor gemäß USP General Chapter <601> bestimmt (siehe Materialtabelle). Die MMADs von SD-1, SD-2, SD-3 und SD-4 betrugen 2,6 ± 0,1 μm (GSD = 2,1 ± 0,1), 1,7 ± 0,1 μm (GSD = 2,4 ± 0,1), 1,7 ± 0,4 μm (GSD = 2,7 ± 0,5) bzw. 2,2 ± 0,2 μm (GSD = 2,1 ± 0,3). Die vier Pulver wiesen Feinpartikelanteile (<4,46 μm) in Bezug auf die emittierte Dosis von 68 % ± 1 %, 82 % ± 1 %, 77 % ± 1 % bzw. 68 % ± 2 % für SD-1, SD-2, SD-3 bzw. SD-4 auf. Die vier Pulver sind in Abbildung 4 mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie visualisiert.
Jedes Pulver wurde in separate 30-35 mg Aliquots hergestellt, und die Edelstahlnadel (21 G) des Dosierers wurde 1 bis 4 Mal in das Pulverbett gestampft. Der Dosierer (21 G Innennadel aus Edelstahl und 16 G Außennadel aus Polypropylen) wurde in eine versiegelte Durchstechflasche mit 5 ml Wasser betätigt. Nach dem schonenden Mischen wurde die Lösung mittels UV-sichtbarer Spektrophotometrie (λ = 351 nm, 268 nm, 271 nm und 230 nm für SD-1, SD-2, SD-3 bzw. SD-4) analysiert, um die Dosis des aus dem Dosierer freigesetzten Pulvers zu überwachen. Die abgegebene Dosis in Abhängigkeit von der Anzahl der Stempel im Pulverbett ist in Abbildung 5 dargestellt. Bemerkenswert ist, dass alle sprühgetrockneten Pulver eine lineare Dosis-Wirkungs-Beziehung (R2 > 0,97) von 1 bis 4 Stampfen mit diesen Dosierern zeigten. Bei SD-1 führte ein Stempel zu einer Pulverabgabe von 209 ± 99 μg, wobei jeder weitere Stempel ~130 μg hinzufügte (Abbildung 5A). Die anderen Pulver zeigten ähnliche Trends, wobei der erste Stampf eine größere Pulverdosis verbrauchte als die nachfolgenden Stampfungen. Bei SD-2 (Abbildung 5B), SD-3 (Abbildung 5C) und SD-4 (Abbildung 5D) führte ein Stempel zu einer Abgabe von 268 ± 88 μg, 332 ± 95 μg und 412 ± 72 μg, wobei jeder weitere Stempel eine geringere Menge von 170-230 μg hinzufügte. Das lineare Ansprechverhalten für jedes Pulver ermöglicht die Kontrolle der Arzneimittelbeladung, wobei die vier Pulver SD-1, SD-2, SD-3 und SD-4 erreichbare Bereiche von 210-570 μg, 270-780 μg, 330-870 μg bzw. 410-1120 μg aufweisen. Obwohl alle linear und reproduzierbar sind, unterstreichen die Unterschiede, die von einem sprühgetrockneten Pulver zum anderen beobachtet werden, die Notwendigkeit, die von den Dosierern freigesetzte Dosis für das spezifische Trockenpulver von Interesse zu charakterisieren.
Dosierer mit kleinerem Durchmesser wurden ebenfalls hergestellt, um ihre Verwendung bei kleineren/jüngeren Mäusen zu evaluieren. Die im vorigen Absatz beschriebene ursprüngliche Konstruktion wurde mit einer 16-G-Polypropylen-Außennadel (Außendurchmesser = 1,7 mm) hergestellt. Die in diesen Dosierern verwendete 21-G-Edelstahlnadel ist auch mit einer 20-G-PTFE-Außennadel (Außendurchmesser = 1,2 mm) kompatibel, wie von Stewart et al. berichtet.9 Abbildung 6A zeigt die Verwendung von 21-G-Edelstahl-/20-G-PTFE-Dosierern mit Pulverformulierung SD-1. Im Vergleich zu den 21 G Edelstahl/16 G Polypropylen-Dosierern wird eine leichte Abnahme der erreichbaren Dosis beobachtet, wobei der anfängliche Stampf zu einer Dosis von 111 ± 62 μg führt und jeder weitere Stampf ~96 μg hinzufügt (Abbildung 6A). Die größere Länge der PTFE-Nadel (5,08 cm) im Vergleich zur Polypropylennadel (3,81 cm) und die Flexibilität der Nadel können zu Pulververlusten führen. Polypropylen-Außennadeln mit kleinerem Durchmesser wurden ebenfalls evaluiert, erforderten jedoch Innennadeln aus Edelstahl mit kleinerem Durchmesser. 18 G (Außendurchmesser = 1,3 mm) und 20 G (Außendurchmesser = 1,0 mm) Polypropylennadeln benötigten 22 G bzw. 25 G Edelstahl-Innennadeln. Wie erwartet, verringerte die Verringerung des inneren Nadeldurchmessers die erreichbare Dosis. 22-G-Edelstahl-/18-G-Polypropylen-Dosierer, die in Abbildung 6B dargestellt sind, zeigten eine SD-1-Dosis von 82 ± 31 μg mit einem Stempel, wobei jeder nachfolgende Stempel die Dosis um ~41 μg erhöhte. 25-G-Edelstahl-/20-G-Polypropylen-Dosierer, die in Abbildung 6C dargestellt sind, zeigten eine kleinere SD-1-Dosis von 29 ± 17 μg, wobei zusätzliche Stempel die abgegebene Dosis minimal erhöhten (~4 μg/Stempel). Abbildung 6D zeigt einen Vergleich der vier hier bewerteten Dosiersysteme unter Verwendung von 4 Stempeln der Pulverformulierung SD-1 und hebt hervor, dass das Dosiersystem angepasst werden kann, um den Dosierungsanforderungen und dem Alter/der Größe des Tieres gerecht zu werden.
Abbildung 1: Modifizierte Nadelpräparation. (A) Modifizierte Edelstahlnadel mit auf 2-3 mm gekürztem Luer-Lock-Teil aus Kunststoff. (B-C) Einführen einer modifizierten Edelstahlnadel in eine Polypropylennadel. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Pulverbeladung und Betätigung. (A-E) Schematische Darstellung der Pulverbeladung, der Montage des Dosierers und der Betätigung vom montierten Dosierer. Die Luft wird durch die innere Edelstahlnadel gedrückt und gibt das Pulver aus dem Dosierer ab. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 3: Entfernen von Pulverresten von der Außenseite der inneren Nadel . (A) Modifizierte Edelstahlnadel mit Pulver, das nach dem Stopfen in das Pulverbett an der Außenseite der Nadel zurückgehalten wird. (B) Modifizierte Edelstahlnadel mit sauberer Oberfläche nach sanftem Abwischen mit fusselarmem Wischtuch. (C) Visualisierung der Innenseite einer pulverhaltigen Nadel. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 4: Sprühgetrocknete Pulver. Repräsentative rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von sprühgetrockneten Pulvern, die aus vier verschiedenen Wirkstoffen hergestellt wurden. Zu den trockenen Pulvern gehören (A) SD-1, (B) SD-2, (C) SD-3 und (D) SD-4. Die gesamte Bildgebung wurde mit einer 10.000-fachen Vergrößerung durchgeführt, wobei der Maßstabsbalken 5 μm entspricht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 5: Quantifizierung des gelieferten Pulvers. Masse des Pulvers, das von Dosierern (21 G Innennadel aus Edelstahl und 16 G Polypropylen-Außennadel) in Abhängigkeit von Stempeln in ein Pulverbett aus vier sprühgetrockneten Pulvern, einschließlich (A) SD-1, (B) SD-2, (C) SD-3 und (D) SD-4 (n ≥ 3, Mittelwert ± Standardabweichung) abgegeben wird. Die Steigung, die die Masse des pro Ladestempel dispergierten Pulvers zeigt, und die Anpassungsgüte (R2) an eine lineare Kurve sind enthalten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 6: Quantifizierung von Pulver, das mit Nadeln mit kleinerem Durchmesser verabreicht wird. Masse des SD-1-Pulvers, das von Dosierern abgegeben wird, die mit Nadeln mit kleinerem Durchmesser hergestellt wurden, einschließlich (A) 21 G Innennadel aus Edelstahl mit 20 G PTFE-Außennadel, (B) 22 G Edelstahl-Innennadel mit 18 G Polypropylen-Außennadel und (C) 25 G Edelstahl-Innennadel mit 20 G Polypropylen-Außennadel (n ≥ 3, Mittelwert ± Standardabweichung). Die Steigung, die die Masse des pro Ladestempel dispergierten Pulvers zeigt, und die Anpassungsgüte (R2) an eine lineare Kurve sind enthalten. Die y-Achse wird so skaliert, dass sie zu den Daten in jeder Abbildung passt. Ein Vergleich der SD-1-Dosis, die von allen Dosierertypen nach 4 Stempeln in das Pulverbett abgegeben wurde, ist in (D) dargestellt. Zu den Abkürzungen gehören: SS, Edelstahl; PP, Polypropylen; PTFE, Polytetrafluorethylen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
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Discussion
Da Mäuse obligate Nasenatmer sind, macht die Verabreichung durch passive Inhalation für erste Proof-of-Concept-Studien die Effizienz und Dosisabschätzung schwierig, da das Pulver Nase und Rachen in Abhängigkeit von den Partikeleigenschaften und der Pulverdispersionseffizienz passieren muss 7,8,14. Die Verwendung der hierin entwickelten Dosierer umgeht die Nase und den Rachen, wobei der Dosierer in die erste Bronchialgabelung9 eingeführt wird, und gibt die volle Dosis direkt an die Lunge von Mäusen ab, was eine präzisere Dosissteuerung für erste Studien ermöglicht. Diese Dosierer stellen eine reproduzierbare und anpassbare Verabreichungsmethode für die intratracheale Verabreichung an Mäuse und die In-vitro-Bewertung der Pulverleistung dar.
Dosierer, die 21 G Edelstahl- und 16 G Polypropylennadeln verwendeten, waren in der Lage, je nach Formulierung und Anzahl der Stempel 200-1100 μg zu laden und abzugeben, was normalerweise eine geeignete Dosis für Mäuse ist. Für bestimmte Formulierungen wie SD-1 und SD-2, die die Pulverdispersion bis zu mindestens 5 Stempel beibehielten, war eine Beladung von mehr als 4 Stempeln möglich, aber die Beladung über 4 Stempel hinaus wurde für Formulierungen wie SD-3 und SD-4 zu einer Herausforderung. Wenn das Pulver nach weiterem Stampfen zu sehr in der inneren Nadel eingepackt war, reichte ein Bolus von 0,15-0,6 ml Luft nicht aus, um das Pulver zu lösen und zu dispergieren. Während ein größeres Volumen von 1-2 ml in der Lage sein kann, diese beladenen Pulver zu dispergieren, können diese Volumina bei Mäusen ein Trauma verursachen und sollten vermieden werden 8,15. In jedem Fall sollte das Stopfen sanft durchgeführt werden, um diesen Effekt zu minimieren. Infolgedessen begrenzt dieser Effekt die Beladung je nach Formulierung über 600-1100 mg. Während es für Mäuse geeignet ist, sollte für Tiere, die eine höhere Dosis benötigen, ein größerer Reservoir-Dosierer verwendet werden10. Dosierer mit kleinerem Durchmesser (1,0-1,3 mm Außendurchmesser) wurden ebenfalls entwickelt und mit SD-1 evaluiert. Die höchste Dosis für einen reduzierten Dosierer wurde beobachtet, wenn eine 21-G-Edelstahl-Innennadel mit einer 20-G-PTFE-Außennadel kombiniert wurde. Pharmakokinetische Studien an Mäusen wurden zuvor von Stewart et al. mit diesem Dosierungssystem durchgeführt, was seine erfolgreiche Anwendung unterstreicht9. Kleinere Dosierer waren auch mit Polypropylen-Außennadeln möglich, führten jedoch zu niedrigeren erreichbaren Dosen, was eine Einschränkung des Systems aufzeigt. Die Dosis wird stark vom Nadeldurchmesser beeinflusst, und die höheren Dosen, die für die 21-G-Edelstahl-/16-G-Polypropylen-Dosierer berichtet wurden, sind möglicherweise nicht für die Verwendung bei Mäusen möglich, die zu klein/jung sind.
Es wurde bestätigt, dass die Dosiersysteme für die vier sprühgetrockneten Pulver, die hier besprochen werden, funktionieren. Bei allen Partikelsystemen in dieser Studie handelt es sich jedoch um technisch hergestellte Partikel mit geringer Dichte, die eine einheitliche Schüttdichte aufweisen. Die Wirksamkeit in anderen Partikelsystemen, bei denen die Gleichmäßigkeit des Pulverbetts nicht garantiert werden kann, wurde noch nicht bewertet und führt möglicherweise nicht zu einer reproduzierbaren Abgabe. Vor dem Einsatz des Dosiersystems ist eine zusätzliche Bewertung von Fall zu Fall erforderlich.
Wir beschreiben die Verwendung einer Präzisionstrennsäge zur Vorbereitung der inneren Dosiernadeln, aber auch ein Bandschleifer kann an Ort und Stelle verwendet werden. Wenn ein Bandschleifer verwendet wird, ist es wichtig, eine kleinere Nadel oder einen kleineren Draht durch die innere Edelstahlnadel zu schieben, um sicherzustellen, dass die Nadel offen ist und dabei nicht verdeckt wurde. Dies ist bei der Verwendung der Präzisionstrennsäge nicht als Problem aufgefallen.
Die niedrigen Kosten und die einfache Zubereitung der Dosierer erleichtern ihre Verwendung als Einweg-Verabreichungsgeräte, bei denen das Nachladen des Geräts und das Reinigen/Sterilisieren zwischen den Anwendungen nicht erforderlich sind. Die Betten des trockenen Pulvers können je nach den Anforderungen an die Lagerung von Wirkstoffen und Formulierungen vorgefüllt und gelagert werden, so dass der Benutzer die Nadel vor der Montage und Betätigung nur noch in das Pulver stampfen muss. Das Befüllen des Pulverbettröhrchens kann in einer Laborumgebung durchgeführt werden, in der eine Waage und eine Haube zur Verfügung stehen, wobei eine minimale Ausrüstung erforderlich ist, die im Tierverfahrenslabor10 vorhanden sein muss. Die Dosierer sind für vorläufige Proof-of-Concept-Studien an Mäusen konzipiert und zeigen eine genaue und reproduzierbare Beladung.
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Disclosures
Die Autoren erklären, dass sie keinen Interessenkonflikt haben.
Acknowledgments
Die Autoren bedanken sich bei der Finanzierung durch die National Institutes of Health (R01AI155922). Die Mikroskopie wurde am Chapel Hill Analytical and Nanofabrication Laboratory (CHANL) durchgeführt, einem Mitglied des North Carolina Research Triangle Nanotechnology Network, RTNN, das von der National Science Foundation, Grant ECCS-1542015, als Teil der National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, NNCI, unterstützt wird.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.6 mL microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Analytical balance | Mettler Toledo | AR1140 | Any analytical balance with sufficient range can be used |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 25 G | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Disposable syringe with luer lock (1 mL) | Fisher Scientific | 14-823-30 | 3-mL syringes can also be used |
| Female BALB/c mice | Charles River, Wilmington, MA, USA | ||
| High-performance cascade impactor | Next Generation Impactor | Apparatus 5 | |
| Lab film (e.g., Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Low-lint wiper (e.g., Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Low-resistance dry powder inhaler | RS01 mod 7 | ||
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Precision sectioning saw | TedPella | 812-300 | Belt sander can be used as an alternative |
| PTFE needle, 2 inch, 20 G | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP General Chapter <601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
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