Summary
При разработке лекарственных средств для легочной доставки, необходимо оценить фармакокинетику и эффективность в животной модели. Мы представляем метод для создания одноразовой использования системы аэрозольной дисперсии из из готовых компонентов, которые могут быть использованы для введения сухого порошка внутрилегочного аэрозоля для грызунов.
Introduction
Разработка новых терапевтических продуктов требует тестирования эффективности в модели на животных. Легочный путь введения может быть использован для доставки лекарственных средств местно и системно 1. Оценка сухих порошковых аэрозолей требует эффективного механизма дисперсии для поддержания высоких концентраций в экспозиционной камере или для прямого введения эндотрахеальной. В то время как решения существуют подвергать животных путем пассивной ингаляции сухого порошка аэрозоли, большинство из них требуют массы порошка в большом избытке дозы доставлены 2.
Это исключает возможность проведения досрочных технико-экономических обоснований, как недостаточное препарат доступен на исследования или на ранней стадии развития, чтобы поддержать требования доставки дозы для обычных систем доставки аэрозоля.
При разработке лекарственного продукта аэрозоля, аэродинамические характеристики могут относиться непосредственно к эффективности доставки и эффективности> 3. Дисперсия порошка в виде аэрозоля требует подвода энергии , достаточной для преодоления силы между частицами, и инженерные подходы частиц может существенно улучшить производительность аэрозольного 4, 5, 6. Мы разработали систему дисперсии (дозатор), который может аэрозолировать Engineered сухого порошка аэрозолей эффективны для целей прямой легочной инсуффляции, дисперсий в систему экспозиции или генерацию для аналитических целей.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Приготовление компонентов Дозаторы
- Проколите в нижней части трубки микроцентрифужной 0,5 мл полипропилена путем бурения или просто шлифование или отрезав дно с шлифовальным кругом или острой парой ножниц. Убедитесь , что отверстие в центре и не более 2 мм в диаметре и не менее 1 мм в диаметре (Рисунок 1).
- Проколите верхнюю часть трубки микроцентрифужной. Использование # 22 сверла (приблизительно 4 мм в диаметре), просверлить отверстие в центре крышки. Это приводит к отверстию , которое будет соответствовать скольжения наконечника шприца (Рисунок 1).
- Приготовьте тонкие экраны, которые будут вставлены в микропробирки. Сделать экраны из нержавеющей стали 304 проволочной сетки, 60 х 60 меш с диаметром проволоки 0,0045" . Обрежьте экраны с надрезами олова или удар их с использованием штампа с наружным диаметром 5 мм (рисунок 2).
2. Сборка дозаторов
- Используя либо щипцы или конец тупого кончика иглы, вставьте экран в микроцентрифужных трубки и сиденья его в нижней части так, чтобы она закрывает отверстие. Это будет служить для поддержки порошка перед приведением.
- Запрессуйте узкий конец наконечника микроцентрифугирования в конец тупой иглы наконечника. Сделайте это вручную или с помощью настольного пресса и руководства. Аккуратно протрите верхнюю часть иглы и нижнюю части трубы с этанолом, чтобы очистить части, чтобы обеспечить плотную посадку, упругую.
3. Заполнение дозаторов
- Используя аналитические микровесы, тарное устройство и загрузить нужное количество порошка в дозатор. Типичная масса порошка для диспергирования в диапазоне от 1 до 10 мг.
- После заполнения, вставьте верхнюю часть трубки микроцентрифужной с наделом хлопка и пинцетом. Это позволит предотвратить порошок от рисунка в шприц или выпадать, позволяя при этом воздушный поток через дозатор для диспергирования порошка.
- Если не используется немедленно, запечатать верхнюю часть с небольшим количеством лабораторной пленкой, чтобы свести к минимуму воздействие на порошок влаги окружающей среды. Примечание: Как правило, предварительно загруженные дозаторы должны храниться в соответствии с требованиями хранения активного фармацевтического ингредиента (API). Часто аэрозольные порошки чувствительны к влаге и должны быть сохранены обезвоживанием.
Срабатывание 4. Устройство
- Draw обратно в шприц до нужного объема, который может быть конкретное применение. Для внутрилегочного введения у морских свинок, используют 2 мл. Эффективность Дисперсия связана с объемом и скоростью воздуха , подаваемого во время приведения в действие, а также присущих дисперсионных свойств порошка 7. Верхнее отверстие в дозатор вмещает скольжения наконечника шприца. Шприц Luer-замок может быть использован с адаптером.
- Вставьте шприц в заднюю часть дозатора.
- Вставьте конец иглы в дозатор в тон дозирующее отверстие на экспозиционной камере. Выжмите шприц с силой, выталкивания порошка из устройства и непосредственно в животное или в экспозиционной камере или аналитического прибора (рисунок 3).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Для получения легко диспергируемых порошков , таких как те , которые сушат распылением с целью для легочной доставки 5, 8, 9, в дозаторы доставки дозы болюса из устройства. Есть много приложений для дозаторов, в том числе в пробирке определения свойств частиц, прямом внутрилегочном введении в живых животных, и генерировании аэрозоля для ингаляции пассивных систем.
Для того, чтобы продемонстрировать эффективность порошковой дисперсии от Дозаторы, была использована ранее построен носом только экспозиция камера. Основные особенности этой камеры являются небольшой центральной камерой и низким расходом воздуха, позволяя высокие концентрации аэрозолей должны быть достигнуты. Дозирующие камеры была собраны из акрила и показали центральный аэрозольный отсек 4" в диаметре и длину 3" с коническими носовых конусовдля оценки воздействия аэрозоля путем пассивной ингаляции (Рисунок 4).
Спрей Высушенный порошок лекарственного средства среднемассовый аэродинамический диаметр (MMAD) 2,9 мкм оценивали на морских свинках с использованием этой системы (рисунок 5). Дозирование интервал определяет путем измерения концентрации камеры в реальном масштабе времени после доставки разовой дозы болюса 5 мг с использованием 12 мл шприца. При оценке естественных условиях введение 5 доз 10 мг интервалами в 3 минуты приводит к максимальной концентрации в плазме 5 мкг / мл (рисунок 6). Это сопоставимо с эндотрахеально введенной дозы 1 мг / кг , предоставляемых системой , широко используемой в области 10. Наблюдается концентрация в плазме в результате пассивного ингаляции является показателем эффективной дисперсии к размеру первичных частиц.
Поскольку практически нет воздушного потока внутри ч Бер, концентрация аэрозоля будет уменьшаться в зависимости от диаметра частиц аэродинамического, как частицы выпадают за счет гравитационного осаждения. Как частицы оседают, а концентрация аэрозоля уменьшается ниже определенного порогового значения, другая доза может быть введена через порт. Время экспозиции будет зависеть от цели, но потому, что высокие концентрации могут быть достигнуты, график может быть определен, чтобы минимизировать время экспозиции. Это снова описывает одно приложение с использованием этих одноразовых систем дозирования, но другое возможное использование будет прямой внутрилегочная введение порошок, который может иметь множество аналитических конечных точек в зависимости от цели оценки.
Рисунок 1. Модифицированный центрифужную пробирку. Модифицированный 0,5 мл микроцентрифужной трубки с отверстиями в нижней части и верхней части. .jpg»целевых =„_blank“> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Сетка экранов. 5 мм окружности диаметром 60 х 60 стальной сеткой из нержавеющей проволоки диаметром 0,0045" . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3. Приведение в действие схемы. Собранный дозатор схематическое изображение приведения в действие порошка. Воздух нагнетается через резервуар, диспергирования порошка из дозирующего конца. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4. Exposure Chamber схематичными. Животное экспозиции камеры центральный резервуар схематичное с размерами. Два животных могут быть выставлены сразу, с каждым животным ориентируясь на центральную камеру с помощью конических носовых конусов. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5. сухого порошка аэрозоля. Представитель инженерии порошка лекарственного средства получают путем распылительной сушки. Порошки могут быть разработаны для различных применений. Для сконструированных сухого порошка аэрозолей, аэродинамическая эффективность диаметра и дисперсии порошка являются критическими инженерными целями. Шкала бар = 5 мкм.ком / файлы / ftp_upload / 55356 / 55356fig5large.jpg»целевых =„_blank“> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 6. Фармакокинетическая Оценка с помощью пассивной ингаляции. Фармакокинетика концентрации лекарственного средства в плазме по логарифмической шкале в течение 5 ч, диспергированной по Дозаторам в центральный резервуар аэрозоля по сравнению с эталонной дозой 1 мг / кг доставлена путем прямым введением в легком. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 7. Заполненный и сыпучих Дозаторы. (Слева) Заполненный и приведение в готовности дозатор (10 мг). (Правильно) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Дисперсия из Дозаторы была пригодна для животных, чтобы получить терапевтическую дозу через нос пассивного только дыхание, что указует на большую часть аэрозоля, диспергированную с размером первичных частиц. Эти дозаторы могут быть использованы для введения эндотрахеальной, в пробирке оценки характеристик порошка, а также общего назначения сухого порошка дисперсии аэрозоля для анализа или эффективных экспериментов. Если используются для доставки внутрилегочной, важно использовать соответствующий объем воздуха для видов, выбранных, как над инфляцией легких может вызвать повреждение тканей и искажают фармакокинетические результаты. Объем 5 мл был использован на морские свинки с аналогичным устройством 10, однако другое исследование показало , что повреждение легкого может возникнуть у крыс с одного 2 введением 11 мл.
Из-за стоимости компонентов и легкость приготовления, эти дозаторы могут быть использованы в качестве одноразового применения.В противоположность этому , многофункциональные устройства требуют , чтобы между дозирующие устройства должен быть пополнен 12, усложнили выполнение эксперимента животных и требуя техник животного , чтобы выполнить задачу , что в большинстве объектов не так легко сделать. Заполнение может быть выполнено в лаборатории подготовки дозы (с остатками, колпаками или перчаточными боксами и поставками, чтобы поддержать небольшую массу весома в дозирующей камеру) и образцы могут быть переадресованы процедура с животными, а комната, имеющей как действия, выполняемых в одной и ту же лаборатории. Это особенно выгодно, когда любая форма дополнительного биологического контроля требуется для экспериментов на животных.
Мы демонстрируем здесь методы, подходящие для приготовления дисперсной системы, которая может быть легко изготовлена и может эффективно способствовать развитию лекарственного ранней стадии аэрозольного с минимальным использованием наркотиков. Низкая стоимость дозаторы могут быть изготовлены в объеме и используются в качестве предустановленной дозировки FORMs для введения аэрозольного порошка в ограничительных средах , где необходимы средства индивидуальной защиты может быть помехой (рисунок 7).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Авторы хотели бы любезно поблагодарить Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний на финансирование для проведения этого исследования.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.5 mL microcentrifuge tube | VWR | 89000-026 | |
| High-Volume Particle-Filtering Stainless Steel Wire Cloth, Woven, 304 Stainless Steel, 60 x 60 Mesh, .0045" Wire Diameter | McMaster Carr | 9230T44 | |
| Stainless Steel Dispensing Needle, Straight, 18 Gauge, 1" Long | McMaster Carr | 75165A676 | Any luer-fit needle will suffice |
| Cotton balls | McMaster Carr | 54845T16 | |
| Parafilm M® Laboratory Film | VWR | 100229-550 | |
| Black-Oxide High-Speed Steel Jobbers' Drill Bit, Wire Gauge 22, 3-1/8" Overall Length, 1.8" Drill Depth, 135Deg Point | McMaster Carr | 2901A195 |
References
- Young, E. F., et al. Inhaled Pyrazinoic Acid Esters for the Treatment of Tuberculosis. Pharmaceutical Research. , 1-11 (2016).
- Hinds, W. C. Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles. , Wiley. (2012).
- Islam, N., Gladki, E. Dry powder inhalers (DPIs)-A review of device reliability and innovation. International Journal of Pharmaceutics. 360 (1-2), 1-11 (2008).
- Chan, H. K. Dry powder aerosol delivery systems: current and future research directions. J Aerosol Med. 19 (1), 21-27 (2006).
- Vehring, R. Pharmaceutical Particle Engineering via Spray Drying. Pharmaceutical Research. 25 (5), 999-1022 (2008).
- Bosquillon, C., Lombry, C., Préat, V., Vanbever, R. Influence of formulation excipients and physical characteristics of inhalation dry powders on their aerosolization performance. Journal of Controlled Release. 70 (3), 329-339 (2001).
- Hickey, A. J., Concessio, N. M., Van Oort, M. M., Platz, R. M. Factors influencing the dispersion of dry powders as aerosols. Pharmaceutical Technology. 18 (8), 58-64 (1994).
- Garcia-Contreras, L., et al. Inhaled large porous particles of capreomycin for treatment of tuberculosis in a guinea pig model. Antimicrob Agents Chemother. 51 (8), 2830-2836 (2007).
- Durham, P. G., et al. Spray Dried Aerosol Particles of Pyrazinoic Acid Salts for Tuberculosis Therapy. Molecular Pharmaceutics. 12 (8), 2574-2581 (2015).
- Sung, J. C., et al. Dry powder nitroimidazopyran antibiotic PA-824 aerosol for inhalation. Antimicrob Agents Chemother. 53 (4), 1338-1343 (2009).
- Guillon, A., et al. Pulmonary delivery of dry powders to rats: tolerability limits of an intra-tracheal administration model. Int J Pharm. 434 (1-2), 481-487 (2012).
- Morello, M., et al. Dry-powder pulmonary insufflation in the mouse for application to vaccine or drug studies. Tuberculosis. 89 (5), 371-377 (2009).
