Summary
خلال تطوير عقاقير لتسليم الرئوي، فمن الضروري لتقييم الدوائية وفعالية في نموذج حيواني. ونحن نقدم وسيلة لبناء نظام الهباء الجوي تشتت المتاح من المكونات من الجرف التي يمكن استخدامها لإدارة داخل الرئة الجاف مسحوق الهباء الجوي إلى القوارض.
Introduction
تطوير المنتجات العلاجية الجديدة تتطلب اختبار فعالية في نموذج حيواني. الطريق الرئوي الإدارة يمكن استخدامها لتوصيل الأدوية موضعيا وجهازيا 1. تقييم الهباء مسحوق جاف يتطلب آلية تشتت فعالة للحفاظ على تركيزات عالية في غرفة التعرض أو إدارة القصبة الهوائية مباشرة. ورغم وجود حلول لفضح الحيوانات عن طريق الاستنشاق السلبي لتجف الهباء مسحوق، تتطلب معظم الجماهير من مسحوق في فائض كبير من الجرعة تسليمها 2.
هذا يحول دون إجراء دراسات الجدوى المبكرة مثل عدم كفاية الدواء متوفرا في البحث أو مرحلة النمو المبكر لدعم متطلبات التسليم جرعة لأنظمة تسليم الهباء الجوي التقليدية.
عند تصميم المنتج المخدرات الهباء الجوي، ويمكن أداء الهوائية تتصل مباشرة كفاءة وفعالية تسليم> 3. تشتت مسحوق في الهباء الجوي يتطلب مدخلات الطاقة الكافية للتغلب على القوات interparticulate، ويمكن للنهج الهندسة الجسيمات تحسين أداء كبير الهباء الجوي 4 و 5 و 6. لقد قمنا بتطوير نظام التشتت (dosator) التي يمكن أن aerosolize مهندسة الهباء مسحوق الجافة بكفاءة لغرض نفخ الرئوي المباشر، والتشتت إلى نظام التعرض أو الجيل لأغراض التحليل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد مكونات Dosators
- خرم الجزء السفلي من أنبوب microcentrifuge 0.5 مل البولي بروبلين من خلال حفر أو ببساطة عن طريق طحن أو قطع الجزء السفلي مع عجلة طحن أو زوج حادة من مقص. تأكد من أن الثقب في الوسط وليس أكثر من 2 مم وقطرها لا يقل عن 1 ملم وقطرها (الشكل 1).
- خرم الجزء العلوي من أنبوب microcentrifuge. باستخدام رقم 22 مثقاب (حوالي 4 مم في القطر)، حفر حفرة في وسط الغطاء. وهذا يؤدي في حفرة التي تناسب حقنة الانزلاق طرف (الشكل 1).
- إعداد شاشات غرامة لإدراجها في أنابيب microcentrifuge. جعل شاشات من 304 الفولاذ المقاوم للصدأ سلك القماش، 60 × 60 مع شبكة قطر السلك من 0.0045. "قطع الشاشات مع القصاصات من الصفيح أو لكمة لهم باستخدام يموت ليبلغ قطرها الخارجي من 5 مم (الشكل 2).
2. جمعية Dosators
- باستخدام ملقط أو نهاية إبرة حادة، أدخل الشاشة في أنبوب microcentrifuge ومقعد في أسفل بحيث يغطي الافتتاح. هذا وسوف تعمل على دعم مسحوق قبل يشتغل.
- الصحافة تناسب نهاية الضيقة من طرف microcentrifuge لفي نهاية إبرة حادة. القيام بذلك عن طريق اليد أو مع الصحافة المقعد العلوي ودليل. قم بمسح رأس الإبرة والجزء السفلي من أنبوب مع الايثانول لتنظيف أجزاء لضمان ضيق، وصالح مرونة.
3. ملء Dosators
- باستخدام توازن دقيق التحليلي، الفارغة الجهاز وتحميل المبلغ المطلوب من مسحوق في dosator. كتلة مسحوق نموذجية لتشتت تتراوح 1-10 ملغ.
- شغل مرة واحدة، والمكونات الجزء العلوي من أنبوب microcentrifuge مع تخصيص القطن وزوج من الملقط. وهذا سيمنع مسحوق من رسم في حقنة أو السقوط على الأرض، في الوقت الذي تسمح تدفق الهواء من خلال dosator لتفريق مسحوق.
- إذا لم يتم استخدامها على الفور، وختم العلوي مع كمية صغيرة من مختبر فيلم للحد من التعرض للرطوبة مسحوق المحيطة. ملاحظة: بشكل عام، يجب أن يتم تخزين dosators مسبقة وفقا لمتطلبات تخزين العنصر النشط الصيدلانية (API). في كثير من الأحيان مساحيق الهباء الجوي والرطوبة حساسة ويجب أن يتم تخزينها المجفف.
يشتغل 4. جهاز
- التراجع المحقنة إلى حجم المطلوب، والذي قد يكون تطبيق محددة. للإدارة داخل الرئة في خنازير غينيا، استخدام 2 مل. يرتبط كفاءة تشتت لحجم وسرعة الهواء تسليمها خلال يشتغل، فضلا عن خصائص تشتت المتأصلة في مسحوق 7. ثقب العلوي من dosator يستوعب حقنة الانزلاق طرف. A محقنة لور قفل يمكن استخدامها مع محول.
- إدراج الحقنة في نهاية الجزء الخلفي من dosator.
- إدراج نهاية الإبرة من dosator إلى رانه الجرعات منفذ على غرفة التعرض. خفض الحقنة بقوة، وطرد مسحوق من الجهاز ومباشرة في الحيوان أو في غرفة التعرض أو أداة تحليلية (الشكل 3).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
للمساحيق التشتت بسهولة مثل تلك رذاذ المجفف بقصد تسليم الرئوي 5، 8، 9، dosators تقديم جرعة البلعة من الجهاز. هناك العديد من التطبيقات لdosators، بما في ذلك في توصيف المختبر الجسيمات، والإدارة داخل الرئة مباشرة في الحيوانات الحية، وتوليد الهباء الجوي لأنظمة استنشاق السلبي.
للتدليل على كفاءة تشتت مسحوق من dosators، واستخدمت شيدت من قبل غرفة التعرض الأنف الوحيد. الملامح الرئيسية لهذه الغرفة هي غرفة مركزية صغيرة وانخفاض تدفق الهواء، مما يسمح تركيزات عالية الهباء الجوي إلى أن يتحقق. تم تجميع غرفة الجرعات من الاكريليك واردة في المقصورة المركزية الهباء الجوي 4 "في قطر وبطول 3" مع المخاريط الأنف مدببلتقييم التعرض الهباء الجوي عن طريق الاستنشاق السلبي (الشكل 4).
تم تقييم مسحوق المخدرات رذاذ المجففة الشامل قطر الهوائية متوسط (MMAD) 2.9 ميكرون في خنازير غينيا التي تستخدم هذا النظام (الشكل 5). تم تحديد الجرعات الفاصلة من خلال قياس تركيز الغرفة في الوقت الحقيقي بعد إيصال جرعة البلعة واحدة 5 ملغ باستخدام حقنة 12 مل. في تقييم المجراة إدارة 5 جرعات من 10 ملغ في 3 دقائق أدى إلى تركيز البلازما الحد الأقصى من 5 ميكروغرام / مل (الشكل 6). ويقارن هذا إلى الجرعة endotracheally 1 كغم ملغ / بايدي النظام المستخدم على نطاق واسع في مجال 10. تركيز البلازما لوحظ نتيجة لاستنشاق السلبي يدل على تشتت فعالة لحجم الجسيمات الأولية.
كما أن هناك شيئا يذكر لولا تدفق الهواء داخل شام الحبات، فإن تركيز الهباء الجوي ينخفض بوصفها وظيفة من قطر الهوائية الجسيمات مع انخفاض الجزيئات خارج بسبب تصفية الجاذبية. كما تستقر الجسيمات، ويقلل تركيز الهباء الجوي دون عتبة معينة، جرعة أخرى يمكن أن تدار من خلال الميناء. سيعتمد مرات التعرض على الهدف ولكن لتركيزات عالية قابلة للتحقيق، وجدولا زمنيا يمكن تحديد لتقليل مدة التعرض. هذا يصف مرة أخرى طلب واحد من استخدام هذه النظم الجرعات يمكن التخلص منها، ولكن الاستخدام المحتمل آخر تكون مباشرة إدارة مسحوق داخل الرئة، والتي يمكن أن يكون لها العديد من نقاط النهاية التحليلية اعتمادا على الغرض من التقييم.
الشكل 1. التعديل الطرد المركزي أنبوب. تعديل 0.5 مل أنبوب microcentrifuge مع ثقوب في الجزء السفلي والعلوي. .jpg و"الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. شاشات شبكة. 5 مم دوائر قطرها 60 × 60 شبكة من الصلب المقاوم للصدأ أسلاك قطرها 0.0045 ". يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 3. يشتغل التخطيطي. تجميعها dosator يشتغل التي تصور تخطيطي من مسحوق. اضطر الهواء من خلال الخزان، تشتيت مسحوق من نهاية الاستغناء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 4. التعرض غرفة التخطيطي. تعرض الحيوانات غرفة الخزان المركزي التخطيطي مع أبعاد. يمكن أن يتعرض حيوانين في آن واحد، مع كل حيوان الاسترشاد إلى غرفة المركزية عن طريق الأقماع الأنف مدبب. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. مسحوق جاف الهباء. مسحوق المخدرات المهندسة التمثيلي التي تنتجها التجفيف بالرش. ويمكن تصميم مساحيق لمجموعة متنوعة من التطبيقات. لالمهندسة الهباء مسحوق جاف، الهوائية وقطر وتشتت مسحوق الكفاءة هي أهداف الهندسة الحيوية. شريط مقياس = 5 ميكرون.كوم / ملفات / ftp_upload / 55356 / 55356fig5large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6. حركية الدواء التقييم السلبي عن طريق الاستنشاق. الدوائية للتركيز البلازما المخدرات على مقياس لوغاريتمي على مدى 5 ساعات شتتهم dosators إلى الخزان الهباء الجوي المركزي مقارنة مع جرعة قياسية من 1 مغ / كغ تسليمها من قبل إدارة الرئوية مباشرة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7. تعبئة وDosators السائبة. (يسار) معبأ وdosator-يشتغل على استعداد (10 ملغ). (حق) الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
كان التشتت من dosators مناسبة للحيوانات لتلقي الجرعة العلاجية عن طريق السلبي التنفس الأنف فقط، مشيرا إلى أن نسبة كبيرة من الهباء الجوي فرقت إلى حجم الجسيمات الأولية. هذه dosators يمكن استخدامها لإدارة القصبة الهوائية، في تقييم المختبر من أداء مسحوق، وأغراض العامة مسحوق جاف الهباء الجوي تشتت للتجارب تحليلية أو فعالة. إذا تم استخدامها لتسليم داخل الرئة، فمن المهم استخدام حجم مناسب من الهواء لهذه الأنواع المختارة، والإفراط في تضخم الرئتين يمكن أن يسبب تلف الأنسجة وتشويه النتائج الدوائية. وقد استخدمت حجم 5 مل في خنازير غينيا مع جهاز مماثل 10، لكن أبحاثا أخرى أظهرت أن يمكن أن يحدث تلف الرئة في الفئران مع واحد 2 مل 11 إدارة.
ونظرا للتكلفة المكونات وسهولة التحضير، هذه dosators يمكن استخدام المستهلكات تستخدم مرة واحدة.في المقابل، تتطلب الأجهزة متعددة الاستخدامات ما بين الجرعات الجهاز لابد من ملء 12 ومعقدة أداء التجربة الحيوانية والتي تتطلب فني الحيوان لأداء مهمة في معظم المرافق لا يتحقق بسهولة. ملء يمكن القيام بها في مختبر إعداد جرعة (مع الأرصدة، أغطية أو صناديق القفازات واللوازم لدعم كتلة صغيرة وزنها الى غرفة الجرعات) ويمكن نقل العينات إلى غرفة الإجراءات الحيوانية بدلا جود كل من الأنشطة التي تؤدى في نفس المختبر. هذا هو مفيد خاصة عندما يتطلب أي شكل من أشكال المكافحة البيولوجية إضافية لالتجارب على الحيوانات.
علينا أن نظهر هنا طرق مناسبة لإعداد نظام التشتت التي يمكن تصنيعها بسهولة ويمكن أن تسهل بكفاءة التنمية في وقت مبكر المخدرات مرحلة الهباء الجوي مع استخدام المخدرات الحد الأدنى. وdosators منخفضة التكلفة يمكن تصنيعها بكميات كبيرة واستخدامها كأداة مسبقة الجرعة وorms لإدارة مسحوق الهباء الجوي في البيئات تقييدا حيث معدات الوقاية الشخصية اللازمة يمكن أن يكون عائقا (الشكل 7).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
سيكون الكتاب أود أن أشكر يرجى المعهد الوطني للحساسية والأمراض المعدية لتمويل لإجراء هذا البحث.
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).
