Summary
फार्मास्युटिकल ड्राई पाउडर विकास को विवो परीक्षण में विश्वसनीय होने की आवश्यकता होती है, अक्सर एक मुराइन मॉडल का उपयोग करके। चूहों को सूखे पाउडर एरोसोल को सटीक रूप से और पुन: वितरित करने के लिए डिवाइस तकनीक प्रतिबंधित है। यह अध्ययन माउस-प्रासंगिक खुराक पर फुफ्फुसीय दवा वितरण के लिए डिस्पोजेबल डोसेटर प्रस्तुत करता है, जो प्रारंभिक प्रमाण-अवधारणा अनुसंधान की सहायता करता है।
Abstract
सूखे पाउडर इनहेलर फेफड़ों को दवाओं को वितरित करने के लिए कई फायदे प्रदान करते हैं, जिसमें स्थिर ठोस-अवस्था दवा फॉर्मूलेशन, डिवाइस पोर्टेबिलिटी, बोलस मीटरिंग और खुराक और प्रणोदक-मुक्त फैलाव तंत्र शामिल हैं। फार्मास्युटिकल ड्राई पाउडर एयरोसोल उत्पादों को विकसित करने के लिए, विवो परीक्षण में मजबूत आवश्यक है। आमतौर पर, प्रारंभिक अध्ययनों में बड़ी पशु प्रजातियों में औपचारिक अध्ययन करने से पहले प्रारंभिक मूल्यांकन के लिए एक मुराइन मॉडल का उपयोग करना शामिल होता है। हालांकि, इस दृष्टिकोण में एक महत्वपूर्ण सीमा छोटे जानवरों को सूखे पाउडर को सटीक रूप से और पुन: वितरित करने के लिए उपयुक्त उपकरण तकनीक की कमी है, जिससे ऐसे मॉडल की उपयोगिता में बाधा आती है। इन चुनौतियों का समाधान करने के लिए, डिस्पोजेबल सिरिंज डोसेटर विशेष रूप से चूहों के लिए उपयुक्त खुराक में सूखे पाउडर के इंट्रापल्मोनरी डिलीवरी के लिए विकसित किए गए थे। ये डोसेटर एक समान थोक घनत्व पाउडर बेड से प्राप्त पाउडर की पूर्व निर्धारित मात्रा को लोड और वितरित करते हैं। यह असतत नियंत्रण पाउडर बेड में एक निश्चित गहराई (टैम्पिंग) में एक कुंद सुई डालने से प्राप्त होता है, हर बार एक निश्चित मात्रा को हटाकर। विशेष रूप से, यह खुराक पैटर्न स्प्रे-सूखे पाउडर की एक श्रृंखला के लिए प्रभावी साबित हुआ है। चार अलग-अलग मॉडल स्प्रे-सूखे पाउडर से जुड़े प्रयोगों में, डोसटर्स ने 30 से 1100 μg की सीमा के भीतर खुराक प्राप्त करने की क्षमता का प्रदर्शन किया। प्राप्त खुराक टैम्प्स की संख्या, डोसेटर सुई के आकार और उपयोग किए गए विशिष्ट सूत्रीकरण जैसे कारकों से प्रभावित थी। इन डोसेटर्स के प्रमुख लाभों में से एक उनके निर्माण में आसानी है, जिससे उन्हें प्रारंभिक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययनों के दौरान चूहों को सूखे पाउडर देने के लिए सुलभ और लागत प्रभावी बना दिया गया है। डोसेटर की डिस्पोजेबल प्रकृति पशु प्रक्रिया कक्षों में उपयोग की सुविधा प्रदान करती है, जहां पुन: प्रयोज्य प्रणालियों और वजन सामग्री की सफाई और रिफिलिंग असुविधाजनक है। इस प्रकार, डिस्पोजेबल सिरिंज डोसेटर्स विकसित करने से प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययनों के लिए मुराइन ड्राई पाउडर डिलीवरी में एक महत्वपूर्ण बाधा को संबोधित किया गया है, जिससे शोधकर्ताओं को फुफ्फुसीय दवा वितरण के लिए छोटे पशु मॉडल में अधिक सटीक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रारंभिक अध्ययन करने में सक्षम बनाया गया है।
Introduction
फुफ्फुसीय दवा वितरण के लिए सूखे पाउडर इनहेलर (डीपीआई) के उपयोग ने क्लोरोफ्लोरोकार्बन प्रणोदक 1,2 के वैश्विक चरण-आउट के कारण पिछले तीन दशकों में महत्वपूर्ण रुचि हासिल की है। डीपीआई अन्य फुफ्फुसीय वितरण प्रणालियों पर कई लाभ प्रदान करते हैं, जैसे कि मीटर्ड खुराक इनहेलर और नेबुलाइज़र, जिसमें फॉर्मूलेशन स्थिरता, पोर्टेबिलिटी, उपयोग में आसानी और प्रणोदक-मुक्त फैलाव तंत्रशामिल हैं। हालांकि, डीपीआई उत्पादों को नैदानिक अनुवाद की ओर ले जाने से पहले, कई प्रीक्लिनिकल अध्ययन किए जाने चाहिए, जिनमें से कई शुरू में एक मुराइन मॉडल का उपयोग करके पूरा किए जाते हैं। फिर भी, छोटे जानवरों को सूखे पाउडर को सही और विश्वसनीय रूप से वितरित करने के लिए उपलब्ध प्रौद्योगिकियां सीमित हैं।
चूहों जैसे छोटे जानवरों को सूखे पाउडर देने के सामान्य तरीकों में निष्क्रिय साँस लेना 3,4,5,6,7 और प्रत्यक्ष प्रशासन 8,9,10,11,12,13 शामिल हैं। निष्क्रिय साँस लेना आमतौर पर एक कस्टम कक्ष की आवश्यकता होती है जो पर्याप्त एरोसोल क्लाउड तैयार करने के लिए स्प्रे-सूखे पाउडर की बड़ी खुराक का उपयोग करता है। चूंकि चूहे नाक से सांस लेने के लिए बाध्य होते हैं, निष्क्रिय साँस लेना द्वारा वितरण के लिए पाउडर को फेफड़ों तक पहुंचने के लिए नाक और गले के माध्यम से यात्रा करने की आवश्यकता होतीहै, जिससे पर्याप्त कण वायुगतिकीयगुणों के साथ एक एयरोसोल क्लाउड के रखरखाव की आवश्यकता होती है। जबकि एक उपयोगी तकनीक जो सामान्य श्वास14 के परिणामस्वरूप साँस लेने के कारण प्रत्यक्ष प्रसव की तुलना में अधिक शारीरिक रूप से प्रासंगिक है, यह प्रारंभिक अध्ययनों के लिए उपयुक्त नहीं हो सकती है जहां पाउडर द्रव्यमान सीमित है।
वैकल्पिक रूप से, प्रत्यक्ष सूखे पाउडर वितरण के लिए कई इंट्राट्रेकियल डिलीवरी डिवाइस 8,9,10,11,12,13 रिपोर्ट किए गए हैं। इंट्राट्रेकियल डिवाइस नाक और गले को बाईपास करते हैं, पाउडर को सीधे फेफड़ों तक पहुंचाते हैं और वितरित खुराक14 पर बेहतर नियंत्रण की अनुमति देते हैं। इसके अतिरिक्त, कुछ उपकरण, विशेष रूप से जो टैम्पिंग लोडिंग प्रक्रिया9 का उपयोग करके तैयार किए गए हैं, उन्हें छोटी मात्रा के साथ तैयार किया जा सकता है, जो प्रारंभिक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययनों के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है। सार्वभौमिक रूप से उपलब्ध इंट्राट्रेकियल डिलीवरी उपकरणों की कमी ने उनके उपयोग की क्षमता में बाधा डाली है, उपलब्धता को सीमित कर दिया है और अंतर-प्रयोगशालाअंतर को जन्म दिया है। इस अध्ययन में, हम इंट्राट्रेकियल डिलीवरी के लिए एक सरल, सस्ती, डिस्पोजेबल डोसेटर का प्रस्ताव करते हैं जिसका उपयोग सूखे पाउडर एरोसोल के विकास में प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट मुराइन अध्ययन के लिए किया जा सकता है।
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Protocol
सभी पशु प्रयोग पशु कल्याण अधिनियम और प्रयोगशाला जानवरों की मानवीय देखभाल और उपयोग पर सार्वजनिक स्वास्थ्य सेवा नीति के अनुसार आयोजित किए गए थे। अध्ययन प्रोटोकॉल टेनेसी स्वास्थ्य विज्ञान केंद्र विश्वविद्यालय की संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था। स्वस्थ मादा बीएएलबी / सी चूहों, ~ 6-8 सप्ताह के, को स्पेक्टिनामाइड 1599 सूखे पाउडर9 का उपयोग करके फार्माकोकाइनेटिक अध्ययन के लिए इंट्रापल्मोनरी एरोसोल डिलीवरी द्वारा एक डोसेटर की सूखी पाउडर सामग्री दी गई थी। जानवरों को एक वाणिज्यिक स्रोत से प्राप्त किया गया था ( सामग्री की तालिका देखें)।
1. डोसेटर और भरने के घटकों की तैयारी
- 2.54 सेमी (1 इंच) कुंद स्टेनलेस-स्टील सुई (21-25 ग्राम) के प्लास्टिक के लुअर भाग को या तो एक सटीक सेक्शनिंग आरी ( सामग्री की तालिका देखें), या बेल्ट सैंडर का उपयोग करके ट्रिम करें जब तक कि प्लास्टिक ल्यूर का 2-3 मिमी न रह जाए (चित्रा 1 ए और चित्रा 2 ए)।
नोट: यदि बेल्ट सैंडर का उपयोग किया जाता है, तो स्टेनलेस-स्टील की सुई को संभावित अवरोधों को हटाने के लिए एक छोटी सुई या तार का उपयोग करके साफ करने की आवश्यकता हो सकती है। - 0.6 एमएल शंक्वाकार सेंट्रीफ्यूज ट्यूब की नोक (1-1.5 सेमी) काट लें। ट्यूब की नोक को 30-35 मिलीग्राम पाउडर से भरें।
नोट: वर्तमान अध्ययन के लिए उपयोग किए जाने वाले उदाहरण पाउडर के विवरण के लिए प्रतिनिधि परिणाम देखें। यूएसपी जनरल अध्याय <601> में वर्णित मानक पद्धति का पालन करते हुए इस एप्लिकेशन में उपयोग से पहले पाउडर एयरोसोल प्रदर्शन का मूल्यांकन किया जाना चाहिए ( सामग्री की तालिका देखें)। - यदि पाउडर का भंडारण और / या परिवहन कर रहे हैं, तो शीशी को बंद करने के लिए ट्यूब कैप (कट ऑफ) का उपयोग करें। भंडारण और / या परिवहन करते समय परिवेश की नमी के लिए पाउडर जोखिम को कम करने के लिए पैराफिन फिल्म के साथ सील करें।
2. डोजर लोड करना और इकट्ठा करना
- वांछित खुराक प्राप्त करने के लिए 0.6 एमएल शंक्वाकार सेंट्रीफ्यूज ट्यूब टिप में पाउडर बेड में छंटनी की गई स्टेनलेस-स्टील की सुई को जितनी बार आवश्यक हो उतनी बार टैप करें (चित्रा 2 बी)। किसी भी अतिरिक्त पाउडर को हटाने के लिए स्टेनलेस-स्टील की सुई के किनारों को कम-लिंट वाइपर के साथ धीरे से पोंछें (चित्रा 3)।
- किसी भी पाउडर (चित्रा 1 बी, सी और चित्रा 2 सी) को हटाने से बचने के लिए लोड किए गए स्टेनलेस-स्टील सुई को धीरे से 3.81 सेमी (1.5 इंच) पॉलीप्रोपाइलीन या 5.08 सेमी (2 इंच) पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (पीटीएफई) सुई (16-20 ग्राम) (सामग्री की तालिका देखें) में डालें।
3. डॉज़र को सक्रिय करना
- वांछित मात्रा में एक डिस्पोजेबल सिरिंज वापस खींचें, जो आवेदन के आधार पर भिन्न हो सकता है।
नोट: चूहों में इंट्रापल्मोनरी प्रशासन के लिए, 0.15-0.6 एमएल आमतौर पर उपयुक्त 8,9 है। - पॉलीप्रोपाइलीन या पीटीएफई सुई (चित्रा 2 डी) पर ल्यूर लॉक में सिरिंज संलग्न करें।
- वांछित लक्ष्य में डोसेटर के सुई अंत को डालें। पाउडर सामग्री और प्रजनन क्षमता का विश्लेषण करने के लिए, एक छिद्रित रबर सेप्टम या पैराफिन फिल्म के माध्यम से सुई को एक शीशी में डालें जिसमें पानी और / या कार्बनिक विलायक (जैसे, इथेनॉल) की एक छोटी मात्रा (जैसे, 1-5 एमएल) हो, जिसमें विलायक पहचान और मात्रा सक्रिय दवा घटक (एपीआई) भौतिक विशेषताओं और परिमाणीकरण विधि पर निर्भर हो।
- चूहों को प्रसव के लिए, स्थापित प्रोटोकॉल 9,15 का पालन करते हुए एनेस्थेटाइज्ड चूहों की श्वासनली के पहले ब्रोन्कियल विभाजन तक सुई डालें।
- सिरिंज को बलपूर्वक दबाएं, पाउडर को डिवाइस से बाहर निकालकर संग्रह शीशी में डालें (चित्रा 2 ई)।
नोट: मुराइन फेफड़ों में पाउडर पहुंचाने के लिए एक ही तकनीक का पालन किया जाना चाहिए। - संग्रह शीशी से सामग्री और प्रजनन क्षमता का विश्लेषण करने के लिए, विशिष्ट एपीआई के लिए एक उपयुक्त विश्लेषणात्मक विधि का उपयोग करें, जैसे कि यूवी-विजिबल (यूवी-विस) स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री या उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (एचपीएलसी)।
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Representative Results
इस अध्ययन में उपयोग से पहले विभिन्न स्प्रे-सूखे पाउडर का एयरोसोल प्रदर्शन स्थापित किया गया था। वायुगतिकीय कण आकार वितरण (एपीएसडी) को द्रव्यमान औसत वायुगतिकीय व्यास (एमएमएडी) द्वारा वर्णित किया गया था, जो उस आकार का प्रतिनिधित्व करता है जो वितरण को 50वें प्रतिशत (डी50) और ज्यामितीय मानक विचलन (जीएसडी) पर दो में विभाजित करता है, जो वितरण की चौड़ाई को दर्शाता है। जीएसडी को 80 वें प्रतिशत पर वायुगतिकीय व्यास के वर्ग मूल द्वारा परिभाषित किया जाता है, जिसे 16वें प्रतिशत (डी84/डी16)1/2 पर विभाजित किया जाता है, जिसमें प्रतिशत कण आकार के संबंध में द्रव्यमान के लॉग-सामान्य वितरण के लिए माध्य के दोनों ओर एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करते हैं।
यहां वर्णित डोसेटर का उपयोग करके वितरण के लिए चार प्रतिनिधि स्प्रे सूखे पाउडर पर विचार किया गया था। स्प्रे सूखे (एसडी) पाउडर, जिसमें टिगेसाइक्लिन (एसडी -1)3, कैप्रियोमाइसिन सल्फेट (एसडी -2)16, स्पेक्टिनामाइड 1599 (एसडी -3)9, और अल्बुटेरोल सल्फेट (एसडी -4) एपीआई शामिल हैं, जो विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए विकसित किए गए जीवाणुरोधी और ब्रोन्कोडायलेटर योगों की एक श्रृंखला का प्रतिनिधित्व करते हैं। डोसेटर्स में उपयोग से पहले, यूएसपी जनरल चैप्टर <601> के बाद कम प्रतिरोध वाले सूखे पाउडर इनहेलर और उच्च प्रदर्शन कैस्केड इम्पैक्टर का उपयोग करके चार पाउडर के लिए वायुगतिकीय कण आकार वितरण निर्धारित किया गया था (सामग्री की तालिका देखें)। एसडी -1, एसडी -2, एसडी -3, और एसडी -4 के एमएमएडी क्रमशः 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), और 2.2 ± 0.2 μm (GSD = 2.1 ± 0.3) थे। चार पाउडर ों ने एसडी -1, एसडी -2, एसडी -3 और एसडी -4 के लिए क्रमशः 68% ± 1%, 82% ± 1%, 77% ± 1%, और 68% ± 2% की उत्सर्जित खुराक के संबंध में ठीक कण अंश (<4.46 μm) प्रदर्शित किए। चित्रा 4 में स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके चार पाउडर की कल्पना की जाती है।
प्रत्येक पाउडर को अलग-अलग 30-35 मिलीग्राम एलिकोट में तैयार किया गया था, और डोसटर के स्टेनलेस-स्टील सुई (21 ग्राम) को पाउडर बेड में 1 से 4 बार टैम्प किया गया था। डोसेटर (21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुई और 16 ग्राम पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुई) को 5 मिलीलीटर पानी वाली एक सीलबंद शीशी में सक्रिय किया गया था। कोमल मिश्रण के बाद, डोसेटर से जारी पाउडर की खुराक की निगरानी के लिए समाधान का विश्लेषण यूवी-विजिबल स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री (एसडी -1, एसडी -2, एसडी -3, और एसडी -4 के लिए क्रमशः 351 एनएम, 268 एनएम, 271 एनएम और 230 एनएम) के माध्यम से किया गया था। पाउडर बिस्तर में टैम्प की संख्या के एक समारोह के रूप में वितरित खुराक चित्रा 5 में प्रदर्शित की गई है। विशेष रूप से, सभी स्प्रे सूखे पाउडर ने इन डोसेटर्स के साथ 1 से 4 टैम्प तक एक रैखिक खुराक-प्रतिक्रिया (आर2 > 0.97) का प्रदर्शन किया। एसडी -1 के लिए, एक टैम्प ने 209 ± 99 μg की पाउडर डिलीवरी का नेतृत्व किया, जिसमें प्रत्येक बाद के टैम्प में ~ 130 μg (चित्रा 5 ए) जोड़ा गया। अन्य पाउडर ने समान रुझान ों का प्रदर्शन किया, जिसमें पहले टैम्प को बाद के टैम्प्स की तुलना में पाउडर की बड़ी खुराक मिली। एसडी -2 (चित्रा 5 बी), एसडी -3 (चित्रा 5 सी), और एसडी -4 (चित्रा 5 डी) के लिए, एक टैम्प ने 268 ± 88 μg, 332 ± 95 μg और 412 ± 72 μg की डिलीवरी की, जिसमें प्रत्येक बाद के टैम्प में 170-230 μg की छोटी मात्रा जोड़ी गई। प्रत्येक पाउडर के लिए रैखिक प्रतिक्रिया दवा लोडिंग में नियंत्रण की अनुमति देती है, जिसमें चार पाउडर, एसडी -1, एसडी -2, एसडी -3, और एसडी -4 शामिल हैं, जो क्रमशः 210-570 μg, 270-780 μg, 330-870 μg और 410-1120 μg की प्राप्त करने योग्य सीमा का प्रदर्शन करते हैं। जबकि सभी रैखिक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, एक स्प्रे सूखे पाउडर से दूसरे में देखे गए अंतर विशिष्ट सूखे पाउडर के लिए डोसेटर से जारी खुराक को चिह्नित करने की आवश्यकता को उजागर करते हैं।
छोटे / छोटे चूहों में उनके उपयोग का मूल्यांकन करने के लिए छोटे व्यास के डोसेटर भी तैयार किए गए थे। पिछले पैराग्राफ में वर्णित प्रारंभिक डिजाइन 16 ग्राम पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुई (बाहरी व्यास = 1.7 मिमी) का उपयोग करके तैयार किया गया था। इन डोसेटर्स में उपयोग की जाने वाली 21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील सुई 20 ग्राम पीटीएफई बाहरी सुई (बाहरी व्यास = 1.2 मिमी) के साथ भी संगत है, जैसा कि स्टीवर्ट एट अल द्वारा रिपोर्ट किया गया है। 21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील/16 जी पॉलीप्रोपाइलीन डोसेटर्स की तुलना में प्राप्त करने योग्य खुराक में मामूली कमी देखी जाती है, जिसमें प्रारंभिक टैम्प के परिणामस्वरूप 111 ± 62 μg की खुराक होती है और प्रत्येक बाद के टैम्प में ~ 96 μg जोड़ा जाता है (चित्रा 6ए)। पॉलीप्रोपाइलीन सुई (3.81 सेमी) की तुलना में पीटीएफई सुई (5.08 सेमी) की बढ़ी हुई लंबाई और सुई के लचीलेपन से पाउडर का नुकसान हो सकता है। छोटे व्यास पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुइयों का भी मूल्यांकन किया गया था, लेकिन छोटे व्यास स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुइयों की आवश्यकता थी। 18 ग्राम (बाहरी व्यास = 1.3 मिमी) और 20 ग्राम (बाहरी व्यास = 1.0 मिमी) पॉलीप्रोपाइलीन सुइयों को क्रमशः 22 ग्राम और 25 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुइयों की आवश्यकता होती है। जैसा कि अपेक्षित था, आंतरिक सुई व्यास को कम करने से प्राप्त खुराक में कमी आई। चित्र 6बी में प्रदर्शित 22 ग्राम स्टेनलेस-स्टील/18 जी पॉलीप्रोपाइलीन डोसेटर्स ने एक टैम्प के साथ 82 ± 31 μg की एसडी-1 खुराक का प्रदर्शन किया, जिसमें प्रत्येक बाद के टैम्प ने खुराक को ~ 41 μg तक बढ़ा दिया। 25 G स्टेनलेस-स्टील / 20 G पॉलीप्रोपाइलीन डोसेटर, चित्रा 6C में प्रदर्शित, 29 ± 17 μg की एक छोटी एसडी -1 खुराक का प्रदर्शन किया, जिसमें अतिरिक्त टैम्प न्यूनतम रूप से वितरित खुराक (~ 4 μg / tamp) में वृद्धि कर रहे थे। चित्रा 6 डी पाउडर फॉर्मूलेशन एसडी -1 के 4 टैम्प का उपयोग करते समय यहां मूल्यांकन किए गए चार डोसेटर सिस्टम की तुलना प्रदर्शित करता है और इस बात पर प्रकाश डालता है कि डोसेटर सिस्टम को पशु की खुराक की जरूरतों और उम्र / आकार को पूरा करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
चित्र 1: संशोधित सुई तैयारी। (ए) प्लास्टिक ल्यूर लॉक भाग के साथ संशोधित स्टेनलेस-स्टील सुई को 2-3 मिमी तक ट्रिम किया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 2: पाउडर लोडिंग और एक्ट्यूएशन योजनाबद्ध। (A-E) इकट्ठे डोसेटर से पाउडर लोडिंग, डोसेटर असेंबली और एक्ट्यूएशन का योजनाबद्ध। आंतरिक स्टेनलेस-स्टील की सुई के माध्यम से हवा को मजबूर किया जाता है, जिससे डोसेटर से पाउडर निकलता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 3: आंतरिक सुई के बाहर से पाउडर अवशेषों को हटाना । (ए) पाउडर बिस्तर में टैम्प करने के बाद सुई के बाहर पाउडर के साथ संशोधित स्टेनलेस-स्टील सुई। (बी) कम-लिंट वाइपर के साथ कोमल पोंछने के बाद साफ सतह के साथ संशोधित स्टेनलेस-स्टील सुई। (सी) पाउडर युक्त सुई के अंदर का दृश्य। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 4: सूखे पाउडर स्प्रे करें। चार अलग-अलग एपीआई से तैयार स्प्रे सूखे पाउडर की प्रतिनिधि स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवियां। सूखे पाउडर में (ए) एसडी -1, (बी) एसडी -2, (सी) एसडी -3, और (डी) एसडी -4 शामिल हैं। सभी इमेजिंग 10,000x आवर्धन पर की गई थी, जिसमें स्केल बार 5 μm के बराबर था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 5: वितरित पाउडर का परिमाणीकरण। डोसेटर्स (21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुई और 16 ग्राम पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुई) से वितरित पाउडर का द्रव्यमान चार स्प्रे सूखे पाउडर के पाउडर बेड में टैम्प्स के कार्य के रूप में होता है, जिसमें (ए) एसडी -1, (बी) एसडी -2, (सी) एसडी -3, और (डी) एसडी -4 (एन ≥ 3, औसत ± मानक विचलन) शामिल हैं। ढलान, प्रति लोडिंग टैम्प में फैले पाउडर के द्रव्यमान का प्रदर्शन करता है, और एक रैखिक वक्र में अच्छाई-ऑफ-फिट (आर2) शामिल है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्रा 6: छोटे व्यास की सुइयों के साथ वितरित पाउडर का परिमाणीकरण। छोटे व्यास की सुइयों का उपयोग करके तैयार किए गए डोसेटर से वितरित एसडी -1 पाउडर का द्रव्यमान, जिसमें (ए) 20 ग्राम पीटीएफई बाहरी सुई के साथ 21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुई, (बी) 18 ग्राम पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुई के साथ 22 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुई, और (सी) 20 ग्राम पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुई के साथ 25 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुई (एन ≥ 3, औसत ± मानक विचलन) शामिल हैं। ढलान, प्रति लोडिंग टैम्प में फैले पाउडर के द्रव्यमान का प्रदर्शन करता है, और एक रैखिक वक्र में अच्छाई-ऑफ-फिट (आर2) शामिल है। प्रत्येक आंकड़े में डेटा को फिट करने के लिए वाई-अक्ष को स्केल किया जाता है। पाउडर बेड में 4 टैम्प के बाद सभी डोसेटर प्रकारों से वितरित एसडी -1 की खुराक की तुलना (डी) में दिखाई गई है। संक्षेप में शामिल हैं: एसएस, स्टेनलेस-स्टील; पीपी, पॉलीप्रोपाइलीन; पीटीएफई, पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
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Discussion
चूंकि चूहे नाक से सांस लेने के लिए बाध्य होते हैं, प्रारंभिक प्रमाण-अवधारणा अध्ययनों के लिए निष्क्रिय साँस लेना के माध्यम से वितरण दक्षता और खुराक अनुमान को चुनौतीपूर्ण बनाता है क्योंकि पाउडर को कण गुणों और पाउडर फैलाव दक्षता 7,8,14 पर निर्भर तरीके से नाक और गले से गुजरना चाहिए। यहां विकसित डोसेटर का उपयोग नाक और गले को बाईपास करता है, जिसमें डोसेटर को पहले ब्रोन्कियल द्विभाजन9 में डाला जाता है, और पूरी खुराक सीधे चूहों के फेफड़ों तक पहुंचाता है, जिससे प्रारंभिक अध्ययन के लिए अधिक सटीक खुराक नियंत्रण की अनुमति मिलती है। ये डोसेटर चूहों को इंट्राट्रेकियल प्रशासन और पाउडर प्रदर्शन के इन विट्रो मूल्यांकन के लिए एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और अनुकूलन योग्य वितरण विधि का प्रतिनिधित्व करते हैं।
21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील और 16 ग्राम पॉलीप्रोपाइलीन सुइयों का उपयोग करने वाले डोसेटर फॉर्मूलेशन और टैम्प्स की संख्या के आधार पर 200-1100 μg को लोड करने और वितरित करने में सक्षम थे, जो आमतौर पर चूहों के लिए एक उपयुक्त खुराक है। एसडी -1 और एसडी -2 जैसे कुछ फॉर्मूलेशन के लिए 4 टैम्प से अधिक लोडिंग संभव थी, जिसने कम से कम 5 टैम्प तक पाउडर फैलाव को बनाए रखा, लेकिन एसडी -3 और एसडी -4 जैसे फॉर्मूलेशन के लिए 4 टैम्प से अधिक लोडिंग चुनौतीपूर्ण हो गई। यदि पाउडर आगे बढ़ने के बाद आंतरिक सुई में बहुत अधिक पैक हो जाता है, तो पाउडर को हटाने और फैलाने के लिए 0.15-0.6 एमएल हवा का बोलस अपर्याप्त था। जबकि 1-2 एमएल की अधिक मात्रा इन भरे हुए पाउडर को फैलाने में सक्षम हो सकती है, ये मात्रा चूहों को आघात का कारण बन सकती है और 8,15 से बचा जाना चाहिए। सभी मामलों में, इस प्रभाव को कम करने के लिए टैम्पिंग को धीरे से किया जाना चाहिए। नतीजतन, यह प्रभाव फॉर्मूलेशन के आधार पर 600-1100 मिलीग्राम से ऊपर लोडिंग को सीमित करता है। जबकि चूहों के लिए उपयुक्त है, एक बड़े जलाशय-प्रकार के डोसेटर का उपयोग उन जानवरों के लिए किया जाना चाहिए जिन्हें अधिक खुराक10 की आवश्यकता होती है। छोटे व्यास के डोसेटर (1.0-1.3 मिमी बाहरी व्यास) को भी एसडी -1 के साथ विकसित और मूल्यांकन किया गया था। कम आकार के डोसेटर के लिए सबसे बड़ी खुराक 20 ग्राम पीटीएफई बाहरी सुई के साथ 21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील आंतरिक सुई के संयोजन में देखी गई थी। चूहों में फार्माकोकाइनेटिक अध्ययन पहले स्टीवर्ट एट अल द्वारा इस डोसेटर सिस्टम के साथ किया गया है, जो इसके सफल उपयोगपर प्रकाश डालता है। पॉलीप्रोपाइलीन बाहरी सुइयों का उपयोग करके छोटे डोसेटर भी संभव थे, लेकिन इसके परिणामस्वरूप कम प्राप्त करने योग्य खुराक मिली, जो सिस्टम में एक सीमा को उजागर करती है। खुराक सुई व्यास से बहुत प्रभावित होती है, और 21 ग्राम स्टेनलेस-स्टील / 16 जी पॉलीप्रोपाइलीन डोसटर्स के लिए रिपोर्ट की गई अधिक खुराक चूहों में उपयोग के लिए संभव नहीं हो सकती है जो बहुत छोटे / युवा हैं।
डोसेटर सिस्टम को यहां चर्चा किए गए चार स्प्रे सूखे पाउडर में काम करने की पुष्टि की गई है। हालांकि, इस अध्ययन में सभी कण प्रणालियां कम घनत्व वाले इंजीनियर कण हैं जो समान थोक घनत्व के हैं। अन्य कण प्रणालियों में प्रभावकारिता जहां पाउडर बेड की एकरूपता की गारंटी नहीं दी जा सकती है, अभी तक मूल्यांकन नहीं किया गया है और इसके परिणामस्वरूप प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य वितरण नहीं हो सकता है। डोसेटर प्रणाली के उपयोग से पहले मामला-दर-मामला आधार पर अतिरिक्त मूल्यांकन आवश्यक होगा।
हम आंतरिक डोसेटर सुइयों को तैयार करने के लिए एक सटीक सेक्शनिंग के उपयोग का वर्णन करते हैं, लेकिन जगह में बेल्ट सैंडर का उपयोग किया जा सकता है। यदि बेल्ट सैंडर का उपयोग किया जाता है, तो आंतरिक स्टेनलेस-स्टील सुई के माध्यम से एक छोटी सुई या तार को स्लाइड करना महत्वपूर्ण है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सुई खुली है और इस प्रक्रिया में अवरुद्ध नहीं थी। सटीक अनुभागण का उपयोग करते समय इसे एक समस्या के रूप में नहीं देखा गया है।
डोसेटर की कम लागत और तैयारी में आसानी एकल-उपयोग डिस्पोजेबल डिलीवरी उपकरणों के रूप में उनके उपयोग की सुविधा प्रदान करती है, जहां डिवाइस को फिर से लोड करना और उपयोग के बीच सफाई / स्टरलाइज़िंग की आवश्यकता नहीं होती है। सूखे पाउडर के बेड को एपीआई और फॉर्मूलेशन स्टोरेज आवश्यकताओं के आधार पर पहले से भरा और संग्रहीत किया जा सकता है, जिससे उपयोगकर्ता को असेंबली और एक्ट्यूएशन से पहले केवल सुई को पाउडर में दबाने की आवश्यकता होती है। पाउडर बेड ट्यूब को भरना एक प्रयोगशाला सेटिंग में किया जा सकता है जहां एक संतुलन और हुड उपलब्ध है, पशु प्रक्रिया प्रयोगशाला10 में मौजूद होने के लिए न्यूनतम उपकरण की आवश्यकता होती है। डोसेटर्स चूहों में प्रारंभिक, प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट अध्ययन के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और सटीक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य लोडिंग का प्रदर्शन करते हैं।
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Disclosures
लेखक ों ने घोषणा की है कि उनके पास हितों का कोई टकराव नहीं है।
Acknowledgments
लेखक राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (R01AI155922) से वित्त पोषण को स्वीकार करना चाहते हैं। माइक्रोस्कोपी चैपल हिल एनालिटिकल एंड नैनोफैब्रिकेशन लेबोरेटरी (सीएचएएनएल) में किया गया था, जो उत्तरी कैरोलिना रिसर्च ट्रायंगल नैनोटेक्नोलॉजी नेटवर्क, आरटीएनएन का एक सदस्य है, जिसे नेशनल साइंस फाउंडेशन, ग्रांट ईसीसीएस -1542015 द्वारा समर्थित किया गया है।
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 |
References
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