Summary
Au cours du développement de médicaments pour l'administration pulmonaire, il est nécessaire d'évaluer la pharmacocinétique et l'efficacité dans un modèle animal. Nous présentons une méthode pour construire un système de dispersion d'aérosol jetable à partir de composants de étagère qui peuvent être utilisés pour administrer un aérosol de poudre sèche pour rongeurs intrapulmonaire.
Introduction
Le développement de nouveaux produits thérapeutiques nécessite des tests d'efficacité dans un modèle animal. La voie pulmonaire d'administration peut être utilisée pour délivrer des médicaments localement et systémiquement 1. Evaluation des aérosols de poudre sèche nécessite un mécanisme de dispersion efficace pour maintenir des concentrations élevées dans une chambre d'exposition ou pour une administration endotrachéale directe. Alors que les solutions existent pour exposer les animaux par inhalation passive pour sécher les aérosols de poudre, la plupart exigent des masses de poudre dans un grand excès de la dose délivrée 2.
Cela empêche la réalisation des premières études de faisabilité médicament disponible est insuffisante à la recherche ou au début de phase de développement pour soutenir les exigences de livraison de dose pour les systèmes conventionnels de distribution d'aérosol.
Lors de la conception d'un produit de médicament en aérosol, les performances aérodynamiques peut se rapporter directement à l'efficacité de la livraison et de l'efficacité> 3. Dispersion de poudre dans un aérosol nécessite un apport d'énergie suffisante pour surmonter les forces interparticulaires et les approches d'ingénierie des particules peut améliorer sensiblement la performance d'aérosol 4, 5, 6. Nous avons développé un système de dispersion (doseur) qui peut aérosoliser les aérosols de poudre sèche Engineered efficacement aux fins de l'insufflation pulmonaire directe, de la dispersion dans un système d'exposition ou de la production à des fins d'analyse.
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Protocol
1. Préparation des composants du doseurs
- Perforer le fond d'un tube de microcentrifugation en polypropylene de 0,5 ml par forage ou par meulage ou tout simplement couper le fond avec une meule ou d'une paire de ciseaux. Assurez -vous que le trou se trouve dans le centre et est pas plus de 2 mm de diamètre et de pas moins de 1 mm de diamètre (figure 1).
- Perforer la partie supérieure du tube de microcentrifugation. Utilisation d'un n ° 22 du foret (environ 4 mm de diamètre), percer un trou dans le centre du bouchon. Il en résulte un trou qui conviendra à une seringue à pointe de glissement (Figure 1).
- Préparer les fines écrans pour être insérés dans les tubes de microcentrifugation. Réaliser des écrans de toile métallique 304 en acier inoxydable, 60 x 60 mesh avec un diamètre de fil de 0,0045" . Couper les écrans avec des cisailles ou les poinçon en utilisant une filière à un diamètre extérieur de 5 mm (figure 2).
2. Assemblée de la doseurs
- En utilisant soit une pince ou l'extrémité d'une aiguille à pointe émoussée, insérer l'écran dans le tube de microcentrifugeuse et le mettre en place dans le fond de sorte qu'il couvre l'ouverture. Cela servira à soutenir la poudre avant actionnement.
- Ajustage à la presse l'extrémité étroite de la pointe de microcentrifugeuse dans l'extrémité d'une aiguille à pointe émoussée. Pour ce faire, la main ou avec un banc-top presse et un guide. essuyer doucement la partie supérieure de l'aiguille et le fond du tube avec de l'éthanol pour nettoyer les pièces pour assurer un ajustement serré, élastique.
3. Remplissage du doseurs
- L'utilisation d'une microbalance analytique, tarer le dispositif et charger la quantité souhaitée de poudre dans le doseur. Une masse de poudre typique pour la dispersion varie de 1 à 10 mg.
- Une fois rempli, brancher la partie supérieure du tube de microcentrifugation à l'attribution de coton et une paire de forceps. Cela permettra d'éviter la poudre de dessin dans la seringue ou de tomber, tout en permettant l'écoulement d'air à travers le doseur pour disperser la poudre.
- Si ne sont pas utilisés immédiatement, sceller le dessus avec une petite quantité de film de laboratoire pour minimiser l'exposition de la poudre à l'humidité ambiante. NOTE: En général, les doseurs préchargés doivent être stockées en fonction des besoins de stockage de l'ingrédient pharmaceutique actif (API). Souvent, les poudres aérosols sont sensibles à l'humidité et doit être stocké desséché.
4. Dispositif Actuation
- Retirer la seringue au volume désiré, qui peut être spécifique de l'application. Pour l'administration intrapulmonaire chez les cobayes, utiliser 2 ml. L' efficacité de dispersion est en relation avec le volume et la vitesse de l' air délivré lors de l' actionnement, ainsi que les propriétés intrinsèques de la dispersion de la poudre 7. Le trou supérieur du doseur reçoit une seringue à pointe de glissement. Une seringue Luer-Lock peut être utilisé avec un adaptateur.
- Insérez la seringue dans l'extrémité arrière du doseur.
- Insérer l'extrémité de l'aiguille du doseur en til orifice de dosage à la chambre d'exposition. Enfoncer la seringue avec force, en expulsant la poudre hors du dispositif et directement dans l'animal ou dans la chambre d'exposition ou d'un instrument analytique (Figure 3).
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Representative Results
Pour facilement des poudres dispersibles telles que celles séché par atomisation avec l'intention de délivrance pulmonaire 5, 8, 9, les doseurs délivrer une dose de bolus hors du dispositif. Il existe de nombreuses applications pour les doseurs, y compris la caractérisation in vitro des particules, l' administration intrapulmonaire directe d'animaux vivants et la production d'aérosols pour les systèmes d'inhalation passive.
Pour démontrer l'efficacité de la dispersion de poudre à partir des doseurs, une chambre d'exposition au nez seulement précédemment construite a été utilisée. Les principales caractéristiques de cette enceinte sont une petite chambre centrale et le débit d'air faible, ce qui permet de fortes concentrations d'aérosols à atteindre. La chambre de dosage a été assemblé à partir d'acrylique et comportait un compartiment central d'aérosol 4" de diamètre et une longueur de 3" avec des cônes de nez coniquespour l' évaluation de l' exposition de l' aérosol par inhalation passive (figure 4).
Une pulvérisation de poudre de médicament sèche de diamètre médian aérodynamique massique (MMAD) de 2,9 pm a été évaluée chez des cobayes en utilisant ce système (Figure 5). intervalle de dosage est déterminée en mesurant la concentration de la chambre en temps réel après avoir délivré une seule dose de bolus de 5 mg en utilisant une seringue de 12 mL. Evaluation in vivo l' administration de 5 doses de 10 mg à 3 minutes d' intervalle conduit à une concentration plasmatique maximale de 5 pg / ml (Figure 6). Ceci se compare à une dose administrée par voie endotrachéale de 1 mg / kg délivrés par un système largement utilisé dans le domaine 10. La concentration plasmatique observée à la suite de l'inhalation passive est indicative d'une dispersion efficace de la taille des particules primaires.
Comme il n'y a pas de flux d'air peu à l'intérieur du Chams ber, la concentration d'aérosol va diminuer en fonction du diamètre aérodynamique des particules sous forme de particules tombent en raison de décantation gravitationnelle. Comme particules se déposent, et la concentration d'aérosol diminue au-dessous d'un certain seuil, une autre dose peut être administrée à travers l'orifice. Les temps d'exposition dépendra de l'objectif, mais parce que des concentrations élevées sont réalisables, un calendrier peut être déterminé à réduire le temps d'exposition. Il décrit à nouveau une application de l'utilisation de ces systèmes de dosage à usage unique, mais une autre utilisation possible serait l'administration de poudre intrapulmonaire directe, ce qui peut avoir de nombreux points d'extrémité d'analyse en fonction du but de l'évaluation.
Figure 1. Tube de modification centrifugeuse. 0,5 ml de modification tube de microcentrifugation avec des trous dans le fond et le dessus. .jpg » target = « _ blank »> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2. Écrans de maillage. 5 mm cercles de diamètre de 60 x 60 mesh en acier inoxydable d' un diamètre de fil 0,0045" . S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3. Schéma Actuation. Assemblé doseur schématique représentant l'actionnement de la poudre. L'air est forcé à travers le réservoir, en dispersant la poudre hors de l'extrémité de distribution. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Chambre Exposition schématique. chambre d'exposition animale schématique du réservoir central avec des dimensions. Deux animaux peuvent être exposés à la fois, avec chaque animal étant guidé vers la chambre centrale via les cônes de nez conique. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 5. Poudre sèche en aérosol. poudre de médicament représentative conçue produite par séchage par pulvérisation. Powders peuvent être conçus pour une variété d'applications. Pour les aérosols de poudre sèche d'ingénierie, le diamètre aérodynamique et l'efficacité de la dispersion en poudre sont des cibles d'ingénierie critiques. Barre d'échelle = 5 microns.com / fichiers / ftp_upload / 55356 / 55356fig5large.jpg » target = "_ blank"> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 6. Évaluation Pharmacocinétique par inhalation passive. Pharmacocinétique de la concentration plasmatique du médicament sur une échelle logarithmique sur une période de 5 h dispersées par les doseurs dans le réservoir d'aérosol central par rapport à une dose de référence de 1 mg / kg délivrés par l'administration pulmonaire directe. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 7. Rempli et en vrac doseurs. (Gauche) rempli et doseur d'actionnement en main (10 mg). (Droite) S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
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Discussion
La dispersion des doseurs est approprié pour les animaux reçoivent une dose thérapeutique par l'intermédiaire de la respiration par le nez seulement passif, ce qui indique une forte proportion d'aérosol en dispersion de la taille des particules primaires. Ces doseurs peuvent être utilisés pour une administration endotrachéale, dans l' évaluation in vitro de la performance de la poudre, et la poudre à usage général dispersion d'aérosol sec pour des expériences d' analyse ou efficaces. Si elle est utilisée pour la livraison intrapulmonaire, il est important d'utiliser un volume approprié d'air pour les espèces choisies, comme surgonflage des poumons peut causer des dommages aux tissus et fausser les résultats pharmacocinétiques. Un volume de 5 ml a été utilisé chez des cobayes avec un dispositif similaire 10, mais d' autres recherches ont montré que des lésions pulmonaires peut se produire chez les rats avec une administration unique de 2 ml 11.
En raison du coût des composants et la facilité de préparation, ces doseurs peuvent être utilisés comme jetables à usage unique.En revanche, les dispositifs à usages multiples exigent entre le dosage du dispositif doit être rempli à nouveau 12, compliqué la performance de l'expérimentation animale et en exigeant le technicien animalier pour effectuer une tâche que dans la plupart des installations ne sont pas facile à réaliser. Le remplissage peut être effectué dans un laboratoire de préparation de dose (avec des balances, des capots ou des boîtes à gants et des fournitures pour soutenir petite masse de pesage dans la chambre de dosage) et les échantillons peuvent être transférés dans une chambre de procédures animales plutôt ayant à la fois des activités effectuées dans le même laboratoire. Ceci est particulièrement avantageux lorsque toute forme de contrôle biologique supplémentaire est nécessaire pour les expériences sur les animaux.
Nous démontrons ici les méthodes appropriées pour la préparation d'un système de dispersion qui peut être fabriqué facilement et peut faciliter efficacement le développement de médicaments en aérosol à un stade précoce avec un minimum de consommation de drogues. Les doseurs à faible coût peuvent être fabriqués en vrac et utilisés en tant que f posologique préchargéORM pour administrer de la poudre d'aérosol dans des environnements restrictifs où l' équipement de protection individuelle nécessaire peut être un obstacle (Figure 7).
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Acknowledgments
Les auteurs tiennent à remercier aimablement l'Institut national de l'allergie et des maladies infectieuses pour le financement pour mener cette recherche.
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
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