JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Användning av kaninögon i farmakokinetiska studier av intraokulära läkemedel

Published: July 23, 2016
doi:
10.3791/53878
, , , , , , , ,
1Department of Ophthalmology,Seoul National University Bundang Hospital, 2Department of Ophthalmology, College of Medicine,Seoul National University, 3Department of Ophthalmology,Hanyang University Hospital, 4Department of Ophthalmology,Seoul Metropolitan Government-Seoul National University Boramae Medical Center, 5Department of Clinical Pharmacology,Seoul National University Hospital, 6Department of Clinical Pharmacology,Seoul National University Bundang Hospital

Summary

Rabbits are widely used to study the pharmacokinetics of intraocular drugs. We describe a method for conducting pharmacokinetic studies of intraocular drugs using rabbit eyes.

Abstract

Den intraokulära vägen för läkemedelsadministrering möjliggör leverans av höga koncentrationer av terapeutiska läkemedel, och samtidigt minimera den systemiska absorptionen. Flera läkemedel administreras i den främre kammaren eller glaskroppen, och den intraokulära injektionen har varit effektiva för att bota olika intraokulära sjukdomar. Kaninögon har ofta använts för oftalmisk forskning, eftersom djuret är lätt att hantera och ekonomiskt i förhållande till andra däggdjur, och storleken på ett kaninöga är liknande den hos ett mänskligt öga. Med hjälp av en 30 G nål, kan läkemedel injiceras i intrakamerala och intravitreala utrymmen i kaninögon. Ögonglober fryses sedan fram till analys, och kan delas in i kammarvattnet, glaskroppen och näthinnan / åderhinnan. Glaskroppen och retina / koroidea prover kan homogeniseras och solubiliseras före analys. Sedan kan immunanalyser utföras för att mäta koncentrationerna av intraokulära läkemedel i varje fack. Lämpliga farmakokinetiska modeller kan varaanvänds för att beräkna ett flertal parametrar, såsom halveringstiden och maximala koncentrationen av läkemedlet. Kaninögon kan vara en bra modell för farmakokinetiska studier av intraokulära läkemedel.

Introduction

Innan tillkomsten av intraokulära läkemedelstillförsel, det största problemet av medicinsk behandling för intraokulära sjukdomar var den effektivitet med vilken läkemedlet kan tränga in i ögat. Blod-okulär barriär hindrar många ämnen, inklusive läkemedel, diffunderar in i ögat. Därför koncentrationer av läkemedel som är ovan terapeutiska nivåer kan inte lätt erhållas. Den intraokulära läkemedelsadministreringsmetod, inklusive intrakamerala och intravitreala injektioner, kan direkt passera blod-okulär barriär 1-3, så att terapeutiska koncentrationer av läkemedel kan uppnås i ögat 4,5.

Följaktligen har intravitreal läkemedelsavgivning blivit en populär metod för behandling vid ett flertal intraokulära sjukdomar 5,6. Till exempel är intravitreal injektion allmänt utförs för åldersrelaterad makuladegeneration, diabetesretinopati, retinal ocklusioner och intraokulära infektioner 7-10. I synnerhet, eftersominförandet av anti-VEGF-läkemedel, har frekvensen av intravitreala injektioner anmärkningsvärt ökat för behandling av retinala sjukdomar. Därför är det viktigt att förstå de intraokulära farmakokinetiken för sådana läkemedel för att utvärdera effektiviteten och säkerheten av den medicinska terapin.

Även den intraokulära administrering av läkemedel anses vara ett stort genombrott i medicinsk terapi för okulära sjukdomar, övervaka läkemedelskoncentrationen inom ögongloben är tekniskt krävande. Eftersom mänskliga ögon innehåller endast små mängder av kammarvatten (ca 200 | j, l) och glasaktiga (ca 4,5 ml, Tabell 1), är det tekniskt svårt att erhålla tillräckliga mängder av okulär vätska för att mäta läkemedelskoncentration. Vidare metoder som används för att få ögat vätska, såsom glaskroppen avlyssning eller främre kammaren paracentesis, kan skada ögonvävnaden och resultera i allvarliga komplikationer, såsom grå starr, endoftalmit, ellernäthinneavlossning 11,12. Följaktligen är djurmodeller används i farmakokinetiska studier av vanliga intraokulära läkemedel 13. Bland dessa djurmodeller, kaniner eller apor är de mest använda djur.

Kaniner, som är små däggdjur av ordningen Lagomorpha i familjen Leporidae, finns i flera delar av världen. Eftersom kaniner är inte aggressiva, de är lätta att hantera, använda i ett experiment, och observera. Lägre kostnader, lättillgänglighet av djuret, liknande ögonstorleken för människor, och en stor databas med information för jämförelse favör utföra farmakokinetiska studier med användning av kaninögon. I detta dokument är ett protokoll för farmakokinetiska studier av intraokulära läkemedel i kaninögon beskrivits.

Protocol

Vår protokoll följer riktlinjerna i Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) i Seoul National University Bundang Hospital, som godkände alla de förfaranden och animaliskt vårdmetoder som presenteras i detta protokoll. Den IACUC är i full överensstämmelse med den åttonde upplagan av Guide för vård och användning av försöksdjur (2011). Alla förfaranden genomfördes med anslutning till riktlinjerna för Föreningen för forskning i Vision och Ögon uttalande för användning av djur i ög…

Representative Results

Förfarandet som används för att genomföra intravitreala injektioner av ett läkemedel av intresse i kaninögon med sterila tekniker visas i figur 1. De behandlade ögonen enukleation på en schemalagd tid och lagrades vid -80 ° C. För analysen, tre fack, kammarvattnet, glaskroppen, och retina / koroidea, är separerade från de frysta kaninögon, såsom demonstreras i Figur 2. Prover av facken är förberedda för ELISA. Efter inkubering med en sek…

Discussion

With the increasing use of intraocular drugs, such as anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) agents, for the treatment of diverse ocular diseases, knowledge of the tissue distribution and clearance of the drug after the intraocular injection is important. Understanding the pharmacokinetics of intraocular drugs is important for understanding the efficacy and safety of drugs, determining the optimal dosage of the drugs, and minimizing systemic or intraocular complications. However, detailed pharmacokinetic studies …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We would like to thank Ms. Ji Hyun Park and Ji Yeon Park for their technical assistance in the animal experiments. This work was supported by a grant from the Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (grant number: Grant No. 14-2014-022) and from a grant (CCP-13-02-KIST) from the Convergence Commercialization Project of the National Research Council of Science and Technology, Seoul, Korea.

Materials

Zoletil Virbac Laboratories, Carros Cedex, France
Xylazine hydrochloride  Fort Dodge Laboratories, Fort Dodge, IA
Proparacaine hydrochloride (Alcaine) Alcon laboratories, Fort Worth, TX
Phenylephrine hydrochloride and tropicamide Santen Pharmaceutical, Co., Osaka, Japan
Recombinant Human VEGF 165 R&D systems 293-VE-050
Carbobate-Bicarbonate buffer SIGMA C3041-50CAP
NUNC MICROWELL 96F                                                               W/LID NUNCLON D SI                                                                          Thermo SCIENTIFIC 167008 96 well plate
Bovine Serum Albumin (BSA) 25grams(Net) BOVOGEN BSA025
Phosphate Buffered Saline (PBS) pH7.4 (1X), 500mL gibco 10010-023
Sheep anti-Human IgG Secondary Antibody, HRP conjugate Thermo SCIENTIFIC PA1-28652
Goat Anti-Human IgG Fc(HRP) abcam ab97225
Goat anti-Human IgG, Fab'2 Secondary Antibody, HRP conjugate Thermo SCIENTIFIC PA1-85183
CelLytic MT  Cell Lysis Reagent SIGMA C3228-50ML lysis buffer
100 Scalpel Blades nopa instruments BLADE #15
100 Scalpel Blades nopa instruments BLADE #10
FEATHER SURGICAL BLADE STAINLESS STEEL FEATHER 11
1-StepTM TMB-Blotting substrate solution, 250mL Thermo SCIENTIFIC 34018
Stable Peroxide Substrate Buffer (10X), 100mL Thermo SCIENTIFIC 34062
Softmax Pro Molecular Devices v.5.4.1 software for generating standard curve
SAAM II  Saam Institute, Seattle, WA software for pharmacokinetic modeling
Phoenix WinNonlin Pharsight, Cary, NC v. 6.3 software for pharmacokinetic modeling
Avastin (bevacizumab) Genentech
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Urtti, A. Challenges and obstacles of ocular pharmacokinetics and drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 58, 1131-1135 (2006).
  2. Geroski, D. H., Edelhauser, H. F. Drug delivery for posterior segment eye disease. Invest Ophthalmol Vis Sci. 41, 961-964 (2000).
  3. Ghate, D., Edelhauser, H. F. Ocular drug delivery. Expert Opin Drug Deliv. 3, 275-287 (2006).
  4. Del Amo, M. E., Urtti, A. Current and future ophthalmic drug delivery systems. A shift to the posterior segment. Drug Discov Today. 13, 135-143 (2008).
  5. Avery, R. L., et al. Intravitreal injection technique and monitoring: updated guidelines of an expert panel. Retina. 34, S1-S18 (2014).
  6. Kim, Y. C., Chiang, B., Wu, X., Prausnitz, M. R. Ocular delivery of macromolecules. J Control Release. 190, 172-181 (2014).
  7. Group, C. R., et al. Ranibizumab and bevacizumab for neovascular age-related macular degeneration. N Engl J Med. 364, 1897-1908 (2011).
  8. Campochiaro, P. A., et al. Sustained benefits from ranibizumab for macular edema following central retinal vein occlusion: twelve-month outcomes of a phase III study. Ophthalmology. 118, 2041-2049 (2011).
  9. Brown, D. M., et al. Ranibizumab for macular edema following central retinal vein occlusion: six-month primary end point results of a phase III study. Ophthalmology. 117, 1124-1133 (2010).
  10. Diabetic Retinopathy Clinical Research Network. Aflibercept, bevacizumab, or ranibizumab for diabetic macular edema. N Engl J Med. 372, 1193-1203 (2015).
  11. McCannel, C. A. Meta-analysis of endophthalmitis after intravitreal injection of anti-vascular endothelial growth factor agents: causative organisms and possible prevention strategies. Retina. 31, 654-661 (2011).
  12. Meyer, C. H., et al. Incidence of rhegmatogenous retinal detachments after intravitreal antivascular endothelial factor injections. Acta Ophthalmol. 89, 70-75 (2011).
  13. Del Amo, E. M., Urtti, A. Rabbit as an animal model for intravitreal pharmacokinetics: Clinical predictability and quality of the published data. Exp Eye Res. 137, 111-124 (2015).
  14. Hughes, P. M., Krishnamoorthy, R., Mitra, A. K. Vitreous disposition of two acycloguanosine antivirals in the albino and pigmented rabbit models: a novel ocular microdialysis technique. J Ocul Pharmacol Ther. 12, 209-224 (1996).
  15. Ahn, J., et al. Pharmacokinetics of Intravitreally Injected Bevacizumab in Vitrectomized Eyes. J Ocul Pharmacol Ther. , (2013).
  16. Park, S. J., et al. Intraocular pharmacokinetics of intravitreal vascular endothelial growth factor-Trap in a rabbit model. Eye (Lond). 29, 561-568 (2015).
  17. Jager, R. D., Aiello, L. P., Patel, S. C., Cunningham, E. T. Risks of intravitreous injection: a comprehensive review. Retina. 24, 676-698 (2004).
  18. Durairaj, C., Shah, J. C., Senapati, S., Kompella, U. B. Prediction of vitreal half-life based on drug physicochemical properties: quantitative structure-pharmacokinetic relationships (QSPKR). Pharm Res. 26, 1236-1260 (2009).
  19. Ahn, S. J., et al. Intraocular pharmacokinetics of ranibizumab in vitrectomized versus nonvitrectomized eyes. Invest Ophthalmol Vis Sci. 55, 567-573 (2014).
  20. Mochizuki, K., et al. Intraocular kinetics of ceftazidime (Modacin). Ophthalmic Res. 24, 150-154 (1992).
  21. Bakri, S. J., et al. Pharmacokinetics of intravitreal ranibizumab (Lucentis). Ophthalmology. 114, 2179-2182 (2007).
  22. Kondo, T., Miura, M., Imamichi, M. Measurement method of the anterior chamber volume by image analysis. Br J Ophthalmol. 70, 668-672 (1986).
  23. Toris, C. B., Yablonski, M. E., Wang, Y. L., Camras, C. B. Aqueous humor dynamics in the aging human eye. Am J Ophthalmol. 127, 407-412 (1999).
  24. Remtulla, S., Hallett, P. E. A schematic eye for the mouse, and comparisons with the rat. Vision Res. 25, 21-31 (1985).
  25. Barza, M., Zak, O., Sande, M. A. Animal models in evaluation of chemotherapy of ocular infections. Experimental Models in Antimicrobial Chemotherapy. , 187-211 (1986).
  26. Hughes, A. A schematic eye for the rat. Vision Res. 19, 569-588 (1979).
  27. Maurice, D. M., Mishima, S. . Ocular pharmacokinetics. 69, (1984).
  28. Greenbaum, S., Lee, P. Y., Howard-Williams, J., Podos, S. M. The optically determined corneal and anterior chamber volumes of the cynomolgus monkey. Curr Eye Res. 4, 187-190 (1985).
  29. Ruby, A. J., Williams, G. A., Blumenkranz, M. S. Vitreous humor. Foundations of Clinical Ophthalmology. , (2006).
  30. Jaffe, G. J., Ashton, P., Andrew, P. . Intraocular Drug Delivery. , (2006).
  31. Iyer, M. N., et al. Clearance of intravitreal moxifloxacin. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 317-319 (2006).
  32. Fauser, S., et al. Pharmacokinetics and safety of intravitreally delivered etanercept. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 242, 582-586 (2004).
  33. Scholes, G. N., O’Brien, W. J., Abrams, G. W., Kubicek, M. F. Clearance of triamcinolone from vitreous. Arch Ophthalmol. 103, 1567-1569 (1985).
  34. Stastna, M., Behrens, A., McDonnell, P. J., Van Eyk, J. E. Analysis of protein composition of rabbit aqueous humor following two different cataract surgery incision procedures using 2-DE and LC-MS/MS. Proteome Sci. 9, 8 (2011).
  35. Sinapis, C. I., et al. Pharmacokinetics of intravitreal bevacizumab (Avastin(R)) in rabbits. Clin Ophthalmol. 5, 697-704 (2011).
  36. Gaudreault, J., Fei, D., Rusit, J., Suboc, P., Shiu, V. Preclinical pharmacokinetics of Ranibizumab (rhuFabV2) after a single intravitreal administration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 46, 726-733 (2005).
  37. Maurice, D. Review: practical issues in intravitreal drug delivery. J Ocul Pharmacol Ther. 17, 393-401 (2001).
  38. Laude, A., et al. Intravitreal therapy for neovascular age-related macular degeneration and inter-individual variations in vitreous pharmacokinetics. Prog Retin Eye Res. 29, 466-475 (2010).
  39. Christoforidis, J. B., Carlton, M. M., Knopp, M. V., Hinkle, G. H. PET/CT imaging of I-124-radiolabeled bevacizumab and ranibizumab after intravitreal injection in a rabbit model. Invest Ophthalmol Vis Sci. 52, 5899-5903 (2011).
  40. Sangwan, V. S., Pearson, P. A., Paul, H., Comstock, T. L. Use of the Fluocinolone Acetonide Intravitreal Implant for the Treatment of Noninfectious Posterior Uveitis: 3-Year Results of a Randomized Clinical Trial in a Predominantly Asian Population. Ophthalmol Ther. 4, 1-19 (2015).
  41. Bajwa, A., Aziz, K., Foster, C. S. Safety and efficacy of fluocinolone acetonide intravitreal implant (0.59 mg) in birdshot retinochoroidopathy. Retina. 34, 2259-2268 (2014).
  42. Sanford, M. Fluocinolone acetonide intravitreal implant (Iluvien(R)): in diabetic macular oedema. Drugs. 73, 187-193 (2013).
  43. Haller, J. A., et al. Dexamethasone intravitreal implant in patients with macular edema related to branch or central retinal vein occlusion twelve-month study results. Ophthalmology. 118, 2453-2460 (2011).
  44. Boyer, D. S., et al. Three-year, randomized, sham-controlled trial of dexamethasone intravitreal implant in patients with diabetic macular edema. Ophthalmology. 121, 1904-1914 (2014).
  45. Patel, S. R., et al. Targeted administration into the suprachoroidal space using a microneedle for drug delivery to the posterior segment of the eye. Invest Ophthalmol Vis Sci. 53, 4433-4441 (2012).
  46. Makadia, H. K., Siegel, S. J. Poly Lactic-co-Glycolic Acid (PLGA) as Biodegradable Controlled Drug Delivery Carrier. Polymers (Basel). 3, 1377-1397 (2011).

Tags

PharmacokineticsIntraocular DrugsRabbit EyesIntravitreal InjectionOcular PharmacologyOcular Drug DeliveryDrug ConcentrationDrug DistributionIntraocular InflammationConjunctival IncisionEnucleation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Ahn, S. J., Hong, H. K., Na, Y. M., Park, S. J., Ahn, J., Oh, J., Chung, J. Y., Park, K. H., Woo, S. J. Use of Rabbit Eyes in Pharmacokinetic Studies of Intraocular Drugs. J. Vis. Exp. (113), e53878, doi:10.3791/53878 (2016).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image