Einweg-Dosierer für Lungen Insufflation von therapeutischen Wirkstoffen zu Kleintieren

Summary

Während der Entwicklung von Medikamenten zur pulmonalen Verabreichung, ist es notwendig, Pharmakokinetik und Wirksamkeit in einem Tiermodell zu bewerten. Wir stellen ein Verfahren, ein Wegwerf-Aerosoldispersionssystem aus of-the-shelf-Komponenten zu bauen, die verwendet werden können, intrapulmonalen Aerosoltrockenpulver zu Nagetieren zu verabreichen.

Introduction

Entwicklung neuer therapeutischer Produkte erfordert Wirksamkeitstests in einem Tiermodell. Der pulmonale Weg der Verabreichung kann Medikamente genutzt werden , um lokal zu liefern und systemisch ^1. Bewertung der Trockenpulveraerosol erfordert einen effizienten Mechanismus Dispersion hoher Konzentration in einer Belichtungskammer oder für die direkte endotracheale Verabreichung aufrechtzuerhalten. Während die Lösungen durch passive Inhalation zu belichten Tieren bestehen Pulver Aerosole zu trocknen, geliefert meisten erfordern Massen von Pulver in großem Überschuß der Dosis ^2.

Dies schließt frühe Machbarkeitsstudien der Durchführung als nicht ausreichend Medikament zur Verfügung steht die Forschung oder frühes Entwicklungsstadium die Dosisabgabe Anforderungen für konventionelle Aerosolabgabesysteme zu unterstützen.

Wenn ein Aerosol Medikament entwerfen, kann die aerodynamische Leistung direkt zur Lieferung Effizienz und Wirksamkeit beziehen> 3. Dispersion von Pulver in ein Aerosol erfordert Energieeintrag ausreichenden interpartikuläre Kräfte zu überwinden, und Partikeltechnik Ansätze können im wesentlichen Aerosolleistung ^{4, 5, 6} verbessern. Wir haben ein Dispersionssystem (Dosator) entwickelt, die Engineered Trockenpulveraerosole effizient zum Zwecke der direkten pulmonalen Insufflation Dispersion in einem Belichtungssystem oder Erzeugung für analytische Zwecke vernebeln können.

Protocol

1. Herstellung der Komponenten der Dosierer

1. Perforieren den Boden eines 0,5 ml-Mikrozentrifugenröhrchen aus Polypropylen durch Bohren oder durch einfaches Abschleifen oder den Boden mit einer Schleifscheibe oder einer scharfen Schere abgeschnitten. Stellen Sie sicher , dass das Loch in der Mitte ist und nicht mehr als 2 mm im Durchmesser und nicht weniger als 1 mm Durchmesser (Abbildung 1).
2. Perforiert die Spitze des Mikrozentrifugenröhrchens. Unter Verwendung eines # 22 Bohrmeißel (etwa 4 mm im Durchmesser), um ein Loch in der Mitte der Kappe bohren. Dies führt zu einem Loch , das eine schlupf Spitze Spritze (1) passen.
3. Bereiten Sie die Feinsiebe werden in die Reaktionsgefäße eingebracht. Make - Bildschirm aus 304 Edelstahl - Drahtgeweben, 60 x 60 mesh mit Drahtdurchmesser von 0,0045" . Schneiden Sie die Bildschirme mit einer Blechschere oder lochen sie eine Düse zu einem Außendurchmesser von 5 mm (Abbildung 2).

2. Montage der Dosierer

1. Entweder mit einer Pinzette oder das Ende einer Nadel mit stumpfer Spitze, legt den Bildschirm in das Mikrozentrifugenröhrchen und Sitz in dem Boden, so dass er die Öffnung abdeckt. Dies dient dazu, das Pulver vor der Betätigung zu unterstützen.
2. Einpressen das schmale Ende der Mikrospitze in das Ende einer Nadel mit stumpfer Spitze. Tun Sie dies von Hand oder mit einer Benchtop-Presse und einem Führer. Wischt die Spitze der Nadel und den Boden des Röhrchens mit Ethanol, um die Teile zu reinigen, eine dichte, federnde Passung zu gewährleisten.

3. Füllen der Dosierer

1. Unter Verwendung einer analytischen Mikrowaage, tariert und das Gerät laden, um die gewünschte Menge an Pulver in die Dosator. Eine typische Pulvermasse für die Dispersion im Bereich von 1 bis 10 mg.
2. Einmal gefüllt, schließt die Spitze des Mikrozentrifugenröhrchens mit einer Zuteilung von Baumwolle und einer Pinzette. Dadurch wird das Pulver von der Zeichnung in die Spritze verhindert oder herausfallen, während der Luftstrom durch den Dosierer ermöglicht, das Pulver zu dispergieren.
3. Wenn sie nicht sofort verwendet wird, dichten die Spitze mit einer kleinen Menge Lab-Folie Pulver Aussetzen an Umgebungsfeuchtigkeit zu minimieren. HINWEIS: Im allgemeinen sollten vorbelastete Dosierer nach Speicheranforderungen des aktiven pharmazeutischen Inhaltsstoffen gespeichert werden (API). Oft sind Aerosolpulver feuchtigkeitsempfindlich und sollte desiccated gespeichert werden.

4. Geräte-Betätigungs

1. Zeichnen Sie die Spritze auf das gewünschte Volumen zurück, die anwendungsspezifisch sein kann. Für intrapulmonale Verabreichung in Meerschweinchen, verwenden 2 ml. Dispersionseffizienz wird auf das Volumen und die Geschwindigkeit der Luft während der Betätigung, sowie die inhärenten Dispersionseigenschaften des Pulvers ⁷ geliefert bezogen. Das obere Loch des Dosator nimmt eine schlupf Spitze Spritze. Eine Luer-Lock-Spritze kann mit einem Adapter verwendet werden.
2. Legen Sie die Spritze in das hintere Ende des Dosierer.
3. Die Nadel Ende des Dosator in ter Dosierport auf der Belichtungskammer. Niederdrücken gewaltsam die Spritze, Ausstoß- Pulver aus der Vorrichtung und direkt in das Tier oder in die Belichtungskammer oder Analysegerät (3).

Representative Results

Für leicht dispergierbare Pulver, wie diejenigen , sprühgetrocknete , mit der Absicht zur pulmonalen Verabreichung ^{5, 8, 9,} die Dosierer eine Bolusdosis aus dem Gerät zu liefern. Es gibt viele Anwendungen für den Dosierer, einschließlich in vitro Partikelcharakterisierung, direkte intrapulmonale Verabreichung in lebenden Tieren und eine Aerosolerzeugung für passive Inhalationssysteme.

Um zu demonstrieren, wurde die Effizienz der Pulverdispersion aus den Dosierer, einer zuvor konstruierten nasen nur Belichtungskammer verwendet. Die Hauptmerkmale dieser Kammer sind eine kleine zentrale Kammer und geringer Luftstrom, so dass hohe Aerosolkonzentrationen erreicht werden. Die Dosierkammer wurden aus Acryl montiert und enthalten einen zentralen Aerosolraum 4" im Durchmesser und eine Länge von 3" mit kegeliger Bugspitzenzur Bewertung der Aerosolexposition durch passive Inhalation (Abbildung 4).

Ein sprühgetrocknetes Pulver des Arzneimittels medianen aerodynamischen Massendurchmesser (MMAD) , 2,9 & mgr; m wurde in Meerschweinchen unter Verwendung dieses Systems (Abbildung 5) bewertet. Dosierungsintervall wurde durch Messung Kammerkonzentration in Echtzeit bestimmt nach einer einzigen Bolus-Dosis von 5 mg unter Verwendung einer 12 ml-Spritze zu liefern. In vivo - Auswertung Verabreichen 5 Dosen von 10 mg in Intervallen von 3 Minuten ergab eine maximale Plasmakonzentration von 5 ug / ml (Abbildung 6). Dies steht im Vergleich zu einer endotracheal verabreichten Dosis von 1 mg / kg von einem System geliefert weit verbreitet im Bereich ¹⁰ verwendet wird . Die beobachtete Plasmakonzentration als Ergebnis passiver Inhalation ist indikativ für eine effiziente Dispersion Primärpartikelgröße.

Da gibt es wenig in der cham zu keinem Luftstrom ber, wird die Aerosolkonzentration als Funktion der Partikelaerodynamischen Durchmesser verringern als Partikel aufgrund Einschwingzeit Gravitationsherausfallen. Als Teilchen absetzen und Aerosol-Konzentration unter einem bestimmten Schwellenwert, kann eine weitere Dosis durch die Öffnung, verabreicht werden. Die Belichtungszeiten werden auf dem Ziel ab, sondern weil hohe Konzentrationen erreichbar sind, kann ein Zeitplan festgelegt werden Belichtungszeit zu minimieren. Dies beschreibt wieder eine Anwendung dieser Einweg-Dosiersysteme verwenden, aber eine weitere mögliche Anwendung wäre direkte intrapulmonalen Pulver Verabreichung, die viele analytische Endpunkte je nach Zweck der Bewertung haben können.

Abbildung 1. Modifizierte Zentrifugenröhrchen. Modifizierte 0,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen mit Löchern in den unteren und oberen. .jpg“target =‚_ blank‘> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. Mesh - Screens. 5 mm Durchmesser Kreise von 60 x 60 Edelstahlgewebe von Drahtdurchmesser 0,0045" . Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Die Betätigung Schematic. Dosator schematische Darstellungs Betätigung Pulver zusammengesetzt. Luft wird durch das Reservoir gezwungen, um das Pulver aus dem Abgabeende zu dispergieren. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Abbildung 4. Belichtungskammer Schematic. Tierexpositionskammer zentrale Behälter schema mit Abmessungen. Zwei Tiere können auf einmal freigelegt werden, wobei jedes Tier über die sich verjüngende Nase Kegel an die Zentralkammer geführt wird. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5. Trockenpulver - Aerosol. Representative engineered Arzneimittelpulver durch Sprühtrocknung hergestellt. Pulver kann für eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt werden. Für engineered Trockenpulver Aerosole, aerodynamische Durchmesser und die Pulverdispersionseffizienz sind wichtige technische Ziele. Maßstabsbalken = 5 Mikrometer.com / files / ftp_upload / 55356 / 55356fig5large.jpg“target = "_ blank"> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 6. Pharmakokinetische Auswertung über Passive Inhalation. Pharmakokinetik von Arzneimittelplasmakonzentration auf einer logarithmischen Skala über einen Zeitraum von 5 h von den Dosierer in den zentralen Aerosolbehälter verteilt im Vergleich zu einer Benchmark-Dosis von 1 mg / kg durch direkte pulmonalen Verabreichung geliefert. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 7. Gefüllte und Bulk - Dosierer. (Links) gefüllt und Betätigung fertige Dosierer (10 mg). (Recht) Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Discussion

Die Dispersion aus dem Dosierer war geeignet für die Tiere, die eine therapeutische Dosis über passive nasen nur die Atmung zu empfangen, einen großen Anteil an Aerosol dispergiert Primärpartikelgröße angibt. Diese Dosierer für endotracheale Verabreichung verwendet werden, in vitro - Bewertung des Pulver Leistung und Allzwecktrockenpulver - Aerosol - Dispersion für analytische oder wirksame Experimente. Wenn für intrapulmonale Abgabe verwendet wird, ist es wichtig, ein geeignetes Luftvolumen für die Spezies ausgewählt zu verwenden, da über die Inflation der Lunge kann zu Gewebeschäden und pharmakokinetischen Ergebnisse verfälschen. Ein Volumen von 5 ml wurde in Meerschweinchen , die mit einer ähnlichen Vorrichtung ^10, jedoch können andere Untersuchungen haben gezeigt , dass Lungenschädigung bei Ratten verwendet , um mit einer einzigen Verabreichung 2 mL ¹¹ auftreten kann.

Wegen der Kosten der Komponenten und die einfache Zubereitung können diese Dosierer als Einweg- Disposables verwendet werden.Im Gegensatz dazu erfordern Multi-Use - Geräte , die zwischen dem Dosiergerät ¹² nachgefüllt werden muss, um die Leistung des Tierversuch kompliziert und erfordert das Tier Techniker eine Aufgabe zu erfüllen , die in den meisten Einrichtungen ist nicht leicht zu bewerkstelligen. Füllung kann in einem Dosis Aufbereitungslabor durchgeführt werden (mit Waagen, Motorhauben oder Handschuhkästen und liefert kleine Masse zu unterstützen Wiegen in die Dosierkammer) und Proben können auf ein Tier Verfahren Raum vielmehr beiden Aktivitäten im gleichen Labor durchgeführt, mit übertragen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn jede Form von zusätzlicher biologischer Steuerung für die Tierversuche erforderlich.

Wir zeigen hier, um die Verfahren, die zur Herstellung einer Dispersion System, das leicht hergestellt werden kann und effizient frühe Stadium Aerosolmedikamentenentwicklung mit minimalem Drogenkonsum erleichtern kann. Die niedrigen Kosten Dosierer kann in Masse und als vorbelastet Dosierung f hergestellt werdenORMs zur Verabreichung von Aerosolpulver in Umgebungen , wo restriktive notwendige persönliche Schutzausrüstung ein Hindernis (7) sein kann.

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