Summary
يتطلب تطوير المسحوق الجاف الصيدلاني اختبارا موثوقا به في الجسم الحي ، غالبا باستخدام نموذج الفئران. يتم تقييد تقنية الجهاز لتوصيل الهباء الجوي المسحوق الجاف بدقة وتكرار إلى الفئران. تقدم هذه الدراسة جرعات يمكن التخلص منها لتوصيل الدواء الرئوي بجرعات ذات صلة بالفئران ، مما يساعد في البحث الأولي لإثبات المفهوم.
Abstract
توفر أجهزة الاستنشاق بالمسحوق الجاف العديد من المزايا لتوصيل الأدوية إلى الرئتين ، بما في ذلك تركيبات الأدوية الصلبة المستقرة ، وقابلية نقل الجهاز ، وقياس البلعة والجرعات ، وآلية التشتت الخالية من الوقود. لتطوير منتجات الهباء الجوي بالمسحوق الجاف الصيدلاني ، يعد الاختبار القوي في الجسم الحي أمرا ضروريا. عادة ، تتضمن الدراسات الأولية استخدام نموذج الفئران للتقييم الأولي قبل إجراء دراسات رسمية في الأنواع الحيوانية الكبيرة. ومع ذلك ، فإن أحد القيود الكبيرة في هذا النهج هو الافتقار إلى تكنولوجيا الأجهزة المناسبة لتوصيل المساحيق الجافة بدقة وتكرار للحيوانات الصغيرة ، مما يعوق فائدة هذه النماذج. لمواجهة هذه التحديات ، تم تطوير جرعات حقنة يمكن التخلص منها خصيصا لتوصيل المساحيق الجافة داخل الرئة بجرعات مناسبة للفئران. تقوم هذه الجرعات بتحميل وتسليم كمية محددة مسبقا من المسحوق الذي تم الحصول عليه من طبقة مسحوق موحدة الكثافة الظاهرية. يتم تحقيق هذا التحكم المنفصل عن طريق إدخال إبرة حادة على عمق ثابت (دك) في طبقة المسحوق ، وإزالة كمية ثابتة في كل مرة. والجدير بالذكر أن نمط الجرعات هذا أثبت فعاليته لمجموعة من المساحيق المجففة بالرش. في التجارب التي شملت أربعة نماذج مختلفة من المساحيق المجففة بالرش ، أظهرت الجرعات القدرة على تحقيق جرعات في حدود 30 إلى 1100 ميكروغرام. تأثرت الجرعة المحققة بعوامل مثل عدد الحشوات وحجم إبرة الجرعات والتركيبة المحددة المستخدمة. واحدة من الفوائد الرئيسية لهذه الجرعات هي سهولة تصنيعها ، مما يجعلها في متناول الجميع وفعالة من حيث التكلفة لتوصيل المساحيق الجافة للفئران أثناء الدراسات الأولية لإثبات المفهوم. تسهل الطبيعة التي تستخدم لمرة واحدة للجرعات الاستخدام في غرف الإجراءات الحيوانية ، حيث يكون التنظيف وإعادة تعبئة الأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام ومواد الوزن غير مريحة. وبالتالي ، فإن تطوير جرعات المحاقن التي تستخدم لمرة واحدة قد عالج عقبة كبيرة في توصيل مسحوق الفئران الجاف لدراسات إثبات المفهوم ، مما مكن الباحثين من إجراء دراسات أولية أكثر دقة وقابلة للتكرار في نماذج حيوانية صغيرة لتوصيل الأدوية الرئوية.
Introduction
حظي استخدام أجهزة الاستنشاق بالمساحيق الجافة (DPIs) لتوصيل الأدوية الرئوية باهتمام كبير على مدى العقود الثلاثة الماضية بسبب التخلص التدريجي العالمي من وقود الكلوروفلوروكربون 1,2. تقدم DPIs العديد من الفوائد على أنظمة التوصيل الرئوي الأخرى ، مثل أجهزة الاستنشاق بالجرعات المقننة والبخاخات ، بما في ذلك استقرار التركيبة ، وقابلية النقل ، وسهولة الاستخدام ، وآليات التشتت الخالية من الوقود2. ومع ذلك ، قبل نقل منتجات DPI نحو الترجمة السريرية ، يجب إجراء العديد من الدراسات قبل السريرية ، والتي يتم الانتهاء من العديد منها في البداية باستخدام نموذج الفئران. ومع ذلك ، فإن التقنيات المتاحة لتقديم مساحيق جافة بدقة واستنساخ للحيوانات الصغيرة محدودة.
تشمل الطرق الشائعة لتوصيل المساحيق الجافة للحيوانات الصغيرة ، مثل الفئران ، الاستنشاق السلبي3،4،5،6،7 والإدارة المباشرة8،9،10،11،12،13. يتطلب الاستنشاق السلبي عادة غرفة مخصصة تستخدم جرعات كبيرة من المسحوق المجفف بالرش لإعداد سحابة رذاذ كافية. نظرا لأن الفئران تلزم أنفاسالأنف 14 ، فإن الولادة عن طريق الاستنشاق السلبي تتطلب أن ينتقل المسحوق عبر الأنف والحلق للوصول إلى الرئتين ، مما يستلزم الحفاظ على سحابة الهباء الجوي ذات الخصائص الديناميكية الهوائية الكافيةللجسيمات 7,8. في حين أن تقنية مفيدة أكثر صلة من الناحية الفسيولوجية من التسليم المباشر بسبب الاستنشاق نتيجة التنفس الطبيعي14 ، فقد لا تكون مناسبة للدراسات الأولية حيث تكون كتلة المسحوق محدودة.
بدلا من ذلك ، تم الإبلاغ عن عدد من أجهزة التوصيل داخل القصبة الهوائية لتوصيل مسحوق جاف مباشر8،9،10،11،12،13. تتجاوز الأجهزة داخل القصبة الهوائية الأنف والحلق ، وتوصل المسحوق مباشرة إلى الرئتين وتسمح بالتحكم الدقيق في الجرعة المقدمة14. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحضير بعض الأجهزة ، خاصة تلك التي يتم إعدادها باستخدام إجراء تحميلالدك 9 ، بكميات أقل ، وهو اعتبار مهم لدراسات إثبات المفهوم الأولية. وقد أعاق الافتقار إلى أجهزة التوصيل داخل القصبة الهوائية المتاحة عالميا إمكانية استخدامها، مما حد من توافرها وأدى إلى اختلافات بينالمختبرات14. في هذه الدراسة ، نقترح جرعة بسيطة وغير مكلفة ويمكن التخلص منها للتوصيل داخل القصبة الهوائية والتي يمكن استخدامها لدراسات إثبات المفهوم في تطوير الهباء الجوي المسحوق الجاف.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
أجريت جميع التجارب على وفقا لقانون رعاية وسياسة خدمة الصحة العامة بشأن الرعاية الإنسانية واستخدام المختبر. تمت الموافقة على بروتوكول الدراسة من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام التابعة لمركز العلوم الصحية بجامعة تينيسي. تم إعطاء إناث الفئران BALB / c السليمة ، ~ 6-8 أسابيع ، محتوى المسحوق الجاف لجرعة واحدة عن طريق توصيل الهباء الجوي داخل الرئة لدراسة الحرائك الدوائية باستخدام مساحيق سبكتيناميد 1599 الجافة9. تم الحصول على من مصدر تجاري (انظر جدول المواد).
1. تحضير الجرعات ومكونات التعبئة
- قم بقص الجزء البلاستيكي من إبرة حادة من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس 2.54 سم (1 بوصة) (21-25 جم) باستخدام إما منشار تقسيم دقيق (انظر جدول المواد) ، أو صنفرة حزام حتى يتبقى 2-3 مم من اللور البلاستيكي (الشكل 1 أ والشكل 2 أ).
ملاحظة: إذا تم استخدام صنفرة الحزام ، فقد تحتاج إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى التنظيف باستخدام إبرة أو سلك أصغر لإزالة العوائق المحتملة التي تم إنشاؤها. - قطع طرف (1-1.5 سم) من أنبوب طرد مركزي مخروطي 0.6 مل. ملء غيض من الأنبوب مع 30-35 ملغ من مسحوق.
ملاحظة: انظر النتائج التمثيلية للحصول على تفاصيل مثال المساحيق المستخدمة في هذه الدراسة. يجب تقييم أداء مسحوق الهباء الجوي قبل استخدامه في هذا التطبيق باتباع المنهجية القياسية كما هو موضح في الفصل العام USP <601> (انظر جدول المواد). - في حالة تخزين و / أو نقل المسحوق ، استخدم غطاء الأنبوب (مقطوع) لإغلاق القارورة. قم بإحكام غلقه بغشاء بارافين لتقليل تعرض المسحوق للرطوبة المحيطة في حالة التخزين و / أو النقل.
2. تحميل وتجميع الجرعات
- ضع إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ المشذبة في طبقة المسحوق في طرف أنبوب الطرد المركزي المخروطي سعة 0.6 مل عدة مرات حسب الحاجة لتحقيق الجرعة المطلوبة (الشكل 2 ب). امسح جوانب الإبرة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ برفق باستخدام ممسحة منخفضة الوبر لإزالة أي مسحوق زائد (الشكل 3).
- أدخل إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ المحملة برفق في إبرة بولي بروبيلين 3.81 سم (1.5 بوصة) أو إبرة بولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) مقاس 3.81 سم (2 بوصة) (16-20 جم) (انظر جدول المواد) لتجنب إزاحة أي مسحوق (الشكل 1B و C والشكل 2C).
3. تشغيل الجرعات
- اسحب حقنة يمكن التخلص منها إلى الحجم المطلوب ، والذي قد يختلف بناء على التطبيق.
ملاحظة: للإعطاء داخل الرئة في الفئران ، عادة ما يكون 0.15-0.6 مل مناسبا 8,9. - قم بتوصيل المحقنة بقفل luer على إبرة البولي بروبلين أو PTFE (الشكل 2 د).
- أدخل نهاية إبرة الجرعات في الهدف المطلوب. لتحليل محتوى المسحوق وقابليته للتكاثر ، أدخل الإبرة من خلال حاجز مطاطي مثقب أو فيلم بارافين في قنينة تحتوي على كمية صغيرة (على سبيل المثال ، 1-5 مل) من الماء و / أو مذيب عضوي (مثل الإيثانول) ، مع هوية المذيب وحجمه يعتمد على الخصائص الفيزيائية للمكون الصيدلاني النشط (API) وطريقة القياس الكمي.
- للتسليم إلى الفئران ، أدخل الإبرة حتى التشعب القصبي الأول للقصبة الهوائية للفئران المخدرة باتباع البروتوكولات المعمول بها 9,15.
- اضغط على المحقنة بقوة ، واطرد المسحوق من الجهاز إلى قارورة التجميع (الشكل 2E).
ملاحظة: يجب اتباع نفس التقنية لتوصيل المسحوق إلى رئتي الفئران. - لتحليل المحتوى وقابلية التكاثر من قارورة المجموعة ، استخدم طريقة تحليلية مناسبة لواجهة برمجة التطبيقات المحددة ، مثل القياس الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (UV-Vis) أو الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
تم تحديد أداء الهباء الجوي لمختلف المساحيق المجففة بالرش قبل استخدامها في هذه الدراسة. تم وصف توزيع حجم الجسيمات الديناميكية الهوائية (APSD) من خلال متوسط القطر الديناميكي الهوائي للكتلة (MMAD) ، والذي يمثل الحجم الذي يقسم التوزيع إلى قسمين عندالنسبة المئوية 50 (d50) ، والانحراف المعياري الهندسي (GSD) ، مما يعكس اتساع التوزيع. يتم تعريف GSD من خلال الجذر التربيعي للقطر الديناميكي الهوائي عند النسبة المئوية 80 مقسوما على ذلكعند النسبة المئوية 16 (d84 / d16) 1/2 ، حيث تمثل النسبالمئوية انحرافا معياريا واحدا على جانبي المتوسط للتوزيع اللوغاريتمي الطبيعي للكتلة فيما يتعلق بحجم الجسيمات.
تم النظر في أربعة مساحيق تمثيلية مجففة بالرش للتسليم باستخدام الجرعات الموصوفة هنا. تمثل مساحيق التجفيف بالرش (SD) ، بما في ذلك tigecycline (SD-1) 3 ، وكبريتات الكابريوميسين (SD-2) 16 ، والسبكتيناميد 1599 (SD-3) 9 ، وكبريتات البوتيرول (SD-4) APIs مع السواغات ، مجموعة من تركيبات البكتيريا وموسعات الشعب الهوائية التي تم تطويرها لمجموعة متنوعة من التطبيقات. قبل الاستخدام في الجرعات ، تم تحديد توزيع حجم الجسيمات الديناميكية الهوائية للمساحيق الأربعة باستخدام جهاز استنشاق مسحوق جاف منخفض المقاومة وصدم متتالي عالي الأداء وفقا للفصل العام USP <601> (انظر جدول المواد). كانت MMADs ل SD-1 و SD-2 و SD-3 و SD-4 2.6 ± 0.1 ميكرومتر (GSD = 2.1 ± 0.1) ، 1.7 ± 0.1 ميكرومتر (GSD = 2.4 ± 0.1) ، 1.7 ± 0.4 ميكرومتر (GSD = 2.7 ± 0.5) ، و 2.2 ± 0.2 ميكرومتر (GSD = 2.1 ± 0.3) ، على التوالي. أظهرت المساحيق الأربعة كسور جسيمات دقيقة (<4.46 ميكرومتر) ، فيما يتعلق بالجرعة المنبعثة ، بنسبة 68٪ ± 1٪ ، و 82٪ ± 1٪ ، و 77٪ ± 1٪ ، و 68٪ ± 2٪ ل SD-1 و SD-2 و SD-3 و SD-4 على التوالي. يتم تصوير المساحيق الأربعة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح في الشكل 4.
تم تحضير كل مسحوق في حصص منفصلة 30-35 ملغ ، وتم دك إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ (21 جم) من الجرعات في طبقة المسحوق من 1 إلى 4 مرات. تم تشغيل الجرعات (إبرة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ 21 جم وإبرة خارجية من مادة البولي بروبيلين 16 جم) في قنينة محكمة الغلق تحتوي على 5 مل من الماء. بعد الخلط اللطيف ، تم تحليل المحلول عبر قياس الطيف الضوئي المرئي للأشعة فوق البنفسجية (λ = 351 نانومتر ، 268 نانومتر ، 271 نانومتر ، و 230 نانومتر ل SD-1 و SD-2 و SD-3 و SD-4 على التوالي) لمراقبة جرعة المسحوق المنبعثة من الجرعات. يتم عرض الجرعة المقدمة كدالة لعدد الحشوات في طبقة المسحوق في الشكل 5. والجدير بالذكر أن جميع المساحيق المجففة بالرش أظهرت استجابة خطية للجرعة (R2 > 0.97) من 1 إلى 4 حشوات باستخدام هذه الجرعات. بالنسبة ل SD-1 ، أدى حشو واحد إلى تسليم مسحوق من 209 ± 99 ميكروغرام ، مع إضافة كل حشو لاحق ~ 130 ميكروغرام (الشكل 5 أ). أظهرت المساحيق الأخرى اتجاهات مماثلة ، حيث تكبدت الحشوة الأولى جرعة أكبر من المسحوق مقارنة بالسدادات اللاحقة. بالنسبة ل SD-2 (الشكل 5B) و SD-3 (الشكل 5C) و SD-4 (الشكل 5D) ، أدى حشا واحدا إلى تسليم 268 ± 88 ميكروغرام و 332 ± 95 ميكروغرام و 412 ± 72 ميكروغرام ، مع إضافة كل حشا لاحق كمية أصغر من 170-230 ميكروغرام. تسمح الاستجابة الخطية لكل مسحوق بالتحكم في تحميل الدواء ، مع المساحيق الأربعة ، SD-1 و SD-2 و SD-3 و SD-4 ، مما يدل على نطاقات قابلة للتحقيق من 210-570 ميكروغرام و 270-780 ميكروغرام و 330-870 ميكروغرام و 410-1120 ميكروغرام على التوالي. في حين أن كل شيء خطي وقابل للتكرار ، فإن الاختلافات التي تظهر من مسحوق مجفف بالرش إلى آخر تسلط الضوء على ضرورة توصيف الجرعة المنبعثة من الجرعات للمسحوق الجاف المحدد محل الاهتمام.
كما تم إعداد الجرعات ذات القطر الأصغر لتقييم استخدامها في الفئران الأصغر / الأصغر سنا. تم إعداد التصميم الأولي الموصوف في الفقرة السابقة باستخدام إبرة خارجية من مادة البولي بروبيلين 16 جم (القطر الخارجي = 1.7 مم). إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ 21 G المستخدمة في هذه الجرعات متوافقة أيضا مع إبرة خارجية 20 G PTFE (القطر الخارجي = 1.2 مم) كما أفاد Stewart et al.9 يعرض الشكل 6A استخدام جرعات 21 G من الفولاذ المقاوم للصدأ / 20 G PTFE مع صياغة مسحوق SD-1. لوحظ انخفاض طفيف في الجرعة التي يمكن تحقيقها مقارنة بجرعات 21 جم من الفولاذ المقاوم للصدأ / 16 جم من البولي بروبلين ، حيث ينتج عن الحشو الأولي جرعة 111 ± 62 ميكروغرام وكل حشو لاحق يضيف ~ 96 ميكروغرام (الشكل 6 أ). قد يؤدي الطول المتزايد لإبرة PTFE (5.08 سم) مقارنة بإبرة البولي بروبلين (3.81 سم) ومرونة الإبرة إلى فقد المسحوق. كما تم تقييم الإبر الخارجية المصنوعة من مادة البولي بروبيلين ذات القطر الأصغر ولكنها تتطلب إبر داخلية أصغر قطرا من الفولاذ المقاوم للصدأ. 18 جم (القطر الخارجي = 1.3 مم) و 20 جم (القطر الخارجي = 1.0 مم) تتطلب إبر البولي بروبلين 22 جم و 25 جم إبر داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ ، على التوالي. كما هو متوقع ، أدى تقليل قطر الإبرة الداخلي إلى تقليل الجرعة التي يمكن تحقيقها. أظهرت جرعات 22 جم من الفولاذ المقاوم للصدأ / 18 جم من البولي بروبلين ، المعروضة في الشكل 6 ب ، جرعة SD-1 تبلغ 82 ± 31 ميكروغرام مع حشا واحدا ، مع كل حشو لاحق يزيد الجرعة بمقدار ~ 41 ميكروغرام. أظهرت جرعات البولي بروبلين 25 جم من الفولاذ المقاوم للصدأ / 20 جم ، المعروضة في الشكل 6C ، جرعة SD-1 أصغر تبلغ 29 ± 17 ميكروغرام ، مع حشوات إضافية تزيد الجرعة المقدمة إلى الحد الأدنى (~ 4 ميكروغرام / حشا). يعرض الشكل 6D مقارنة بين أنظمة الجرعات الأربعة التي تم تقييمها هنا عند استخدام 4 حشوات من تركيبة المسحوق SD-1 ويسلط الضوء على أنه يمكن تخصيص نظام الجرعات لتلبية احتياجات الجرعة وعمر / حجم.
الشكل 1: تحضير الإبرة المعدلة. (أ) إبرة معدلة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع جزء قفل بلاستيكي مشذب إلى 2-3 مم. (B-C) إدخال إبرة معدلة من الفولاذ المقاوم للصدأ في إبرة البولي بروبلين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: تحميل المسحوق والتشغيل التخطيطي. (أ-ه) رسم تخطيطي لتحميل المسحوق وتجميع الجرعات والتشغيل من الجرعات المجمعة. يتم دفع الهواء من خلال إبرة الفولاذ المقاوم للصدأ الداخلية ، وتوزيع مسحوق من الجرعات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: إزالة بقايا المسحوق من خارج الإبرة الداخلية. (أ) إبرة معدلة من الفولاذ المقاوم للصدأ مع مسحوق محتجز على السطح الخارجي للإبرة بعد دكها في طبقة المسحوق. (ب) إبرة معدلة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسطح نظيف بعد المسح اللطيف باستخدام ممسحة منخفضة النسالة. ج: تصور داخل الإبرة التي تحتوي على مسحوق. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: رش المساحيق المجففة. صور مجهر إلكتروني تمثيلي للمسح لمساحيق مجففة بالرش محضرة من أربعة واجهات برمجة تطبيقات متميزة. تشمل المساحيق الجافة (أ) SD-1 و (ب) SD-2 و (ج) SD-3 و (د) SD-4. تم إجراء جميع الصور بتكبير 10000x ، مع شريط مقياس يساوي 5 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: القياس الكمي للمسحوق الذي تم تسليمه. كتلة من المسحوق يتم توصيلها من الجرعات (21 جم إبرة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ و 16 جم إبرة خارجية من البولي بروبلين) كدالة للحشوات في طبقة مسحوق من أربعة مساحيق مجففة بالرش ، بما في ذلك (أ) SD-1 و (ب) SD-2 و (ج) SD-3 و (د) SD-4 (n ≥ 3 ، متوسط ± الانحراف المعياري). يتم تضمين المنحدر ، الذي يوضح كتلة المسحوق المشتتة لكل حشو تحميل ، وجودة الملاءمة (R2) إلى منحنى خطي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: القياس الكمي للمسحوق الذي يتم تسليمه بإبر ذات قطر أصغر. كتلة من مسحوق SD-1 يتم تسليمها من الجرعات المحضرة باستخدام إبر ذات قطر أصغر ، بما في ذلك (A) إبرة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ 21 G مع إبرة خارجية PTFE 20 G ، (B) إبرة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ 22 G مع إبرة خارجية من مادة البولي بروبيلين 18 G ، و (C) إبرة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ 25 G مع إبرة خارجية من مادة البولي بروبيلين 20 G (n ≥ 3 ، تعني ± الانحراف المعياري). يتم تضمين المنحدر ، الذي يوضح كتلة المسحوق المشتتة لكل حشو تحميل ، وجودة الملاءمة (R2) إلى منحنى خطي. يتم تغيير حجم المحور ص ليناسب البيانات في كل شكل. تظهر مقارنة بين جرعة SD-1 التي يتم تسليمها من جميع أنواع الجرعات بعد 4 حشوات في طبقة المسحوق في (D). تشمل الاختصارات: SS ، الفولاذ المقاوم للصدأ. PP ، البولي بروبلين. PTFE ، بولي تترافلورو إيثيلين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
نظرا لأن الفئران تلزم أنفاس الأنف ، فإن التسليم عن طريق الاستنشاق السلبي لدراسات إثبات المفهوم الأولية يجعل الكفاءة وتقدير الجرعة أمرا صعبا حيث يجب أن يمر المسحوق عبر الأنف والحلق بطريقة تعتمد على خصائص الجسيمات وكفاءة تشتت المسحوق7،8،14. إن استخدام الجرعات المطورة هنا يتجاوز الأنف والحلق ، مع إدخال الجرعات في تشعب الشعب الهوائية الأول9 ، ويوصل الجرعة الكاملة مباشرة إلى رئتي الفئران ، مما يسمح بالتحكم في الجرعة بشكل أكثر دقة للدراسات الأولية. تمثل هذه الجرعات طريقة توصيل قابلة للتكرار وقابلة للتخصيص للإعطاء داخل القصبة الهوائية للفئران والتقييم المختبري لأداء المسحوق.
كانت الجرعات التي تستخدم إبر 21 G من الفولاذ المقاوم للصدأ و 16 G من مادة البولي بروبيلين قادرة على تحميل وتوصيل 200-1100 μg اعتمادا على التركيبة وعدد الحشوات ، والتي عادة ما تكون جرعة مناسبة للفئران. كان التحميل بعد 4 حشوات ممكنا لبعض التركيبات ، مثل SD-1 و SD-2 ، والتي احتفظت بتشتت المسحوق حتى 5 حشوات على الأقل ، ولكن التحميل بعد 4 حشوات أصبح صعبا بالنسبة لتركيبات مثل SD-3 و SD-4. إذا أصبح المسحوق معبأ جدا في الإبرة الداخلية بعد مزيد من الدك ، فإن بلعة 0.15-0.6 مل من الهواء لم تكن كافية لإزاحة المسحوق وتفريقه. في حين أن حجما أكبر من 1-2 مل قد يكون قادرا على تشتيت هذه المساحيق المحملة ، فإن هذه الأحجام قد تسبب صدمة للفئران ويجب تجنبها 8,15. في جميع الحالات ، يجب إجراء الدك برفق لتقليل هذا التأثير. نتيجة لذلك ، يحد هذا التأثير من التحميل فوق 600-1100 مجم ، اعتمادا على التركيبة. في حين أنها مناسبة للفئران ، يجب استخدام جرعة أكبر من نوع الخزان للحيوانات التي تتطلب جرعة أكبر10. كما تم تطوير وتقييم الجرعات ذات القطر الأصغر (القطر الخارجي 1.0-1.3 مم) باستخدام SD-1. لوحظت أكبر جرعة لجرعة صغيرة الحجم عند الجمع بين إبرة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ 21 جم مع إبرة خارجية PTFE 20 جرام. تم إجراء دراسات الحرائك الدوائية في الفئران سابقا بواسطة Stewart et al. مع نظام الجرعات هذا ، مما يسلط الضوء على استخدامه الناجح9. كان من الممكن أيضا استخدام جرعات أصغر باستخدام إبر خارجية من مادة البولي بروبيلين ولكنها أدت إلى جرعات أقل يمكن تحقيقها ، مما يسلط الضوء على وجود قيود في النظام. تتأثر الجرعة بشدة بقطر الإبرة ، وقد لا تكون الجرعات الأكبر المبلغ عنها لجرعات 21 G من الفولاذ المقاوم للصدأ / 16 G من البولي بروبلين ممكنة للاستخدام في الفئران الصغيرة جدا / الصغيرة.
تم تأكيد عمل أنظمة الجرعات عبر المساحيق الأربعة المجففة بالرش التي تمت مناقشتها هنا. ومع ذلك ، فإن جميع أنظمة الجسيمات في هذه الدراسة عبارة عن جسيمات هندسية منخفضة الكثافة ذات كثافة سائبة موحدة. لم يتم بعد تقييم الفعالية في أنظمة الجسيمات الأخرى حيث لا يمكن ضمان توحيد طبقة المسحوق وقد لا تؤدي إلى تسليم قابل للتكرار. سيكون من الضروري إجراء تقييم إضافي على أساس كل حالة على حدة قبل استخدام نظام الجرعات.
وصفنا استخدام منشار التقسيم الدقيق لإعداد إبر الجرعات الداخلية ، ولكن يمكن استخدام صنفرة الحزام في مكانها. إذا تم استخدام صنفرة الحزام ، فمن المهم تمرير إبرة أو سلك أصغر عبر الإبرة الداخلية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ للتأكد من أن الإبرة مفتوحة ولم يتم إغلاقها في هذه العملية. لم يتم ملاحظة ذلك كمشكلة عند استخدام منشار التقسيم الدقيق.
تسهل التكلفة المنخفضة وسهولة تحضير الجرعات استخدامها كأجهزة توصيل يمكن التخلص منها مرة واحدة ، حيث لا يلزم إعادة تحميل الجهاز والتنظيف / التعقيم بين الاستخدامات. يمكن ملء أسرة المسحوق الجاف مسبقا وتخزينها بناء على API ومتطلبات تخزين التركيبة ، مما يستلزم من المستخدم وضع الإبرة في المسحوق فقط قبل التجميع والتشغيل. يمكن إجراء ملء أنبوب سرير المسحوق في بيئة معملية حيث يتوفر ميزان وغطاء محرك السيارة ، مما يتطلب الحد الأدنى من المعدات ليكون موجودا في مختبر الإجراءات الحيوانية10. تم تصميم الجرعات للدراسات الأولية وإثبات المفهوم في الفئران وإظهار التحميل الدقيق والقابل للتكرار.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
يعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.
Acknowledgments
يرغب المؤلفون في الاعتراف بالتمويل من المعاهد الوطنية للصحة (R01AI155922). تم إجراء الفحص المجهري في مختبر تشابل هيل التحليلي والتصنيع النانوي (CHANL) ، وهو عضو في شبكة تكنولوجيا النانو مثلث أبحاث نورث كارولينا ، RTNN ، والتي تدعمها المؤسسة الوطنية للعلوم ، Grant ECCS-1542015 ، كجزء من البنية التحتية الوطنية المنسقة لتكنولوجيا النانو ، NNCI.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.6 mL microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Analytical balance | Mettler Toledo | AR1140 | Any analytical balance with sufficient range can be used |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 25 G | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Disposable syringe with luer lock (1 mL) | Fisher Scientific | 14-823-30 | 3-mL syringes can also be used |
| Female BALB/c mice | Charles River, Wilmington, MA, USA | ||
| High-performance cascade impactor | Next Generation Impactor | Apparatus 5 | |
| Lab film (e.g., Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Low-lint wiper (e.g., Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Low-resistance dry powder inhaler | RS01 mod 7 | ||
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Precision sectioning saw | TedPella | 812-300 | Belt sander can be used as an alternative |
| PTFE needle, 2 inch, 20 G | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP General Chapter <601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
References
- Wu, X., Li, X., Mansour, H. M. Surface analytical techniques in solid-state particle characterization for predicting performance in dry powder inhalers. KONA Powder and Particle Journal. 28, 3-18 (2010).
- Maloney, S. E., Mecham, J. B., Hickey, A. J. Performance testing for dry powder inhaler products: towards clinical relevance. KONA Powder and Particle Journal. 40, 172-185 (2023).
- Maloney, S. E., et al. Spray dried tigecycline dry powder aerosols for the treatment of nontuberculous mycobacterial pulmonary infections. Tuberculosis. 139, 102306 (2023).
- Kaur, J., et al. A hand-held apparatus for "nose-only" exposure of mice to inhalable microparticles as a dry powder inhalation targeting lung and airway macrophages. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 34 (1), 56-65 (2008).
- Yi, J., et al. Whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposures. Journal of Visualized Experiments. (75), e50263 (2013).
- Chung, Y. H., Han, J. H., Lee, Y. -H. A study on subchronic inhalation toxicology of 1-chloropropane. Toxicological Research. 31 (4), 393-402 (2015).
- Kuehl, P. J., et al. Regional particle size dependent deposition of inhaled aerosols in rats and mice. Inhalation Toxicology. 24 (1), 27-35 (2012).
- Manser, M., et al. Design considerations for intratracheal delivery devices to achieve proof-of-concept dry powder biopharmaceutical delivery in mice. Pharmaceutical Research. 40, 1165-1176 (2023).
- Stewart, I. E., et al. Development and characterization of a dry powder formulation for anti-tuberculosis drug spectinamide 1599. Pharmaceutical Research. 36 (9), 136 (2019).
- Durham, P. G., et al. Disposable dosators for pulmonary insufflation of therapeutic agents to small animals. Journal of Visualized Experiments. (121), e55356 (2017).
- Miwata, K., et al. Intratracheal administration of siRNA dry powder targeting vascular endothelial growth factor inhibits lung tumor growth in mice. Molecular Therapy: Nucleic Acids. 12, 698-706 (2018).
- Duret, C., et al. Pharmacokinetic evaulation in mice of amorphous itraconazole-based dry powder formulations for inhalation with high bioavailability and extended lung retention. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 86 (1), 46-54 (2014).
- Maloney, S. E., et al. Preparation strategies of the anti-mycobacterial drug bedaquiline for intrapulmonary routes of administration. Pharmaceuticals. 16 (5), 729 (2023).
- Price, D. N., Kunda, N. K., Muttil, P. Challenges associated with the pulmonary delivery of therapeutic dry powders for preclinical testing. KONA Powder and Particle Journal. 36, 129-144 (2019).
- Qiu, Y., Liao, Q., Chow, M. Y. T., Lam, J. K. W. Intratracheal administration of dry powder formulation in mice. Journal of Visualized Experiments. (161), e61469 (2020).
- Fiegel, J., et al. Preparation and in vivo evaluation of a dry powder for inhalation of capreomycin. Pharmaceutical Research. 25 (4), 805-811 (2008).
