Summary
פיתוח אבקה יבשה פרמצבטית דורש בדיקות אמינות in vivo , לעתים קרובות באמצעות מודל מורין. טכנולוגיית המכשיר לאספקה מדויקת וניתנת לשחזור של תרסיסי אבקה יבשה לעכברים מוגבלת. מחקר זה מציג מינונים חד פעמיים להעברת תרופות ריאתי במינונים הרלוונטיים לעכברים, ומסייע למחקר הוכחת היתכנות ראשוני.
Abstract
משאפים אבקה יבשה מציעים יתרונות רבים להעברת תרופות לריאות, כולל פורמולציות יציבות של תרופות מצב מוצק, ניידות מכשירים, מדידה ומינון בולוס, ומנגנון פיזור ללא דלק. כדי לפתח מוצרי תרסיס אבקה יבשה פרמצבטיים, בדיקות in vivo חזקות הן חיוניות. בדרך כלל, מחקרים ראשוניים כוללים שימוש במודל מורין להערכה ראשונית לפני ביצוע מחקרים רשמיים במינים גדולים יותר של בעלי חיים. עם זאת, מגבלה משמעותית בגישה זו היא היעדר טכנולוגיית מכשיר מתאימה כדי לספק אבקות יבשות באופן מדויק ומשכפל לבעלי חיים קטנים, מה שפוגע בתועלת של דגמים כאלה. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, פותחו במיוחד מזרקים חד-פעמיים להעברה תוך-ריאתית של אבקות יבשות במינונים המתאימים לעכברים. מינונים אלה מעמיסים ומספקים כמות קבועה מראש של אבקה המתקבלת ממצע אבקה אחיד בצפיפות תפזורת. שליטה דיסקרטית זו מושגת על ידי החדרת מחט קהה לעומק קבוע (טמפינג) לתוך מיטת האבקה, הסרת כמות קבועה בכל פעם. יש לציין כי דפוס מינון זה הוכח כיעיל עבור מגוון אבקות מיובשות בתרסיס. בניסויים שכללו ארבעה דגמים שונים של אבקות מיובשות בריסוס, המינונים הדגימו את היכולת להשיג מינונים בטווח של 30 עד 1100 מיקרוגרם. המינון שהושג הושפע מגורמים כגון מספר החותמות, גודל מחט המינון והנוסחה הספציפית בה נעשה שימוש. אחד היתרונות העיקריים של מינונים אלה הוא קלות הייצור שלהם, מה שהופך אותם לנגישים וחסכוניים לאספקת אבקות יבשות לעכברים במהלך מחקרי הוכחת היתכנות ראשוניים. האופי החד פעמי של המינונים מאפשר שימוש בחדרי פרוצדורות לבעלי חיים, שבהם ניקוי ומילוי מחדש של מערכות רב פעמיות וחומרי שקילה אינו נוח. לפיכך, פיתוח מינונים חד פעמיים של מזרקים טיפל במכשול משמעותי באספקת אבקה יבשה מורין למחקרי הוכחת היתכנות, ואיפשר לחוקרים לבצע מחקרים ראשוניים מדויקים יותר וניתנים לשחזור במודלים של בעלי חיים קטנים למתן תרופות ריאתיות.
Introduction
השימוש במשאפים אבקה יבשה (DPIs) למתן תרופות ריאה זכה להתעניינות משמעותית בשלושת העשורים האחרונים עקב הפסקת השימוש העולמי בדלקי כלורופלואורופחמן 1,2. DPIs מציעים יתרונות רבים על פני מערכות העברת ריאות אחרות, כגון משאפים במינון מדוד ונבולייזרים, כולל יציבות פורמולציה, ניידות, קלות שימוש ומנגנוני פיזור ללא דלק2. עם זאת, לפני העברת מוצרי DPI לתרגום קליני, יש לבצע מספר מחקרים פרה-קליניים, שרבים מהם הושלמו בתחילה באמצעות מודל מורין. עם זאת, הטכנולוגיות הזמינות להעברת אבקות יבשות באופן מדויק ומשכפל לבעלי חיים קטנים מוגבלות.
שיטות נפוצות להעברת אבקות יבשות לבעלי חיים קטנים, כגון עכברים, כוללות שאיפה פסיבית 3,4,5,6,7 ומתן ישיר 8,9,10,11,12,13. שאיפה פסיבית דורשת בדרך כלל תא מותאם אישית המשתמש במינונים גדולים של אבקה מיובשת בריסוס כדי להכין ענן תרסיס מספיק. מכיוון שעכברים חייבים לנשום אף14, העברה בשאיפה פסיבית דורשת מהאבקה לעבור דרך האף והגרון כדי להגיע לריאות, מה שמחייב שמירה על ענן אירוסול בעל תכונות אווירודינמיות מספיקות של חלקיקים 7,8. בעוד טכניקה שימושית כי הוא רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית מאשר משלוח ישיר עקב שאיפה כתוצאה של נשימה נורמלית14, זה לא יכול להיות מתאים למחקרים ראשוניים שבהם מסת אבקה מוגבלת.
לחלופין, דווח על מספר מכשירי מסירה תוך טרכיאליים למשלוח ישיר של אבקה יבשה 8,9,10,11,12,13. התקנים תוך טרכיאליים עוקפים את האף והגרון, מעבירים את האבקה ישירות לריאות ומאפשרים שליטה עדינה יותר על המינון המועבר14. בנוסף, מכשירים מסוימים, במיוחד אלה שהוכנו באמצעות הליך טעינת טמפינג9, יכולים להיות מוכנים עם כמויות קטנות יותר, וזה שיקול חשוב למחקרי הוכחת היתכנות ראשוניים. המחסור במכשירי העברה תוך-טרכיאליים זמינים באופן אוניברסלי פגע בפוטנציאל השימוש שלהם, הגביל את זמינותם והוביל להבדלים בין-מעבדתיים14. במחקר זה, אנו מציעים מינון פשוט, זול וחד פעמי להעברה תוך טרכאלית שניתן להשתמש בו למחקרי הוכחת היתכנות בפיתוח אירוסולים של אבקה יבשה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
כל הניסויים בבעלי חיים נערכו בהתאם לחוק צער בעלי חיים ולמדיניות שירותי בריאות הציבור בנושא טיפול הומני ושימוש בחיות מעבדה. פרוטוקול המחקר אושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של המרכז למדעי הבריאות באוניברסיטת טנסי. נקבות בריאות של עכברי BALB/c, ~ 6-8 שבועות, קיבלו את תכולת האבקה היבשה של מנה אחת על ידי מתן תרסיס תוך ריאתי למחקר פרמקוקינטי באמצעות ספקטינמיד 1599 אבקות יבשות9. בעלי החיים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים).
1. הכנת המינון ומרכיבי המילוי
- חתכו את חלק הפיתוי הפלסטי של מחט מפלדת אל-חלד קהה בקוטר 2.54 ס"מ (21-25 גרם) באמצעות מסור חתך מדויק (ראו טבלת חומרים), או מלטש חגורה עד שיישארו 2-3 מ"מ מפיתוי הפלסטיק (איור 1A ואיור 2A).
הערה: אם נעשה שימוש במלטש חגורה, ייתכן שיהיה צורך לנקות את מחט הנירוסטה באמצעות מחט או חוט קטנים יותר כדי להסיר את המכשולים האפשריים שנוצרו. - חותכים את קצה (1-1.5 ס"מ) של צינור צנטריפוגה חרוטי 0.6 מ"ל. ממלאים את קצה הצינור ב 30-35 מ"ג אבקה.
הערה: ראה תוצאות מייצגות לקבלת פרטים על אבקות לדוגמה המשמשות במחקר הנוכחי. יש להעריך את ביצועי תרסיס האבקה לפני השימוש ביישום זה בהתאם למתודולוגיה סטנדרטית כמתואר בפרק הכללי <601 של USP> (ראה טבלת חומרים). - אם אתם מאחסנים ו/או מעבירים את האבקה, השתמשו במכסה הצינור (החתוך) כדי לסגור את הבקבוקון. יש לאטום עם סרט פרפין כדי למזער את החשיפה של האבקה ללחות הסביבה בעת אחסון ו/או הובלה.
2. העמסה והרכבה של מינונים
- הטביעו את מחט הנירוסטה החתוכה לתוך מצע האבקה בקצה צינור הצנטריפוגה החרוטי 0.6 מ"ל כמה פעמים שצריך כדי להשיג את המינון הרצוי (איור 2B). נגבו בעדינות את דפנות מחט הנירוסטה עם מגב בעל סיבים נמוכים כדי להסיר אבקה עודפת (איור 3).
- הכנס בעדינות את מחט הנירוסטה הטעונה לתוך מחט פוליפרופילן בגודל 3.81 ס"מ (1.5 אינץ') או מחט פוליטטרה-פלואוראתילן (PTFE) בגודל 5.08 ס"מ (2 אינץ') (16-20 גרם) (ראה טבלת חומרים) כדי למנוע סילוק אבקה כלשהי (איור 1B,C ואיור 2C).
3. הפעלת מינונים
- משוך מזרק חד פעמי לנפח הרצוי, אשר עשוי להשתנות בהתאם ליישום.
הערה: עבור מתן תוך ריאתי בעכברים, 0.15-0.6 מ"ל מתאים בדרך כלל 8,9. - חברו את המזרק למנעול הפיתוי על מחט הפוליפרופילן או מחט ה-PTFE (איור 2D).
- הכנס את קצה המחט של המינון למטרה הרצויה. לניתוח תכולת האבקה ויכולת השחזור, הכנס את המחט דרך מחיצת גומי מחוררת או סרט פרפין לבקבוקון המכיל כמות קטנה (למשל, 1-5 מ"ל) מים ו/או ממס אורגני (למשל, אתנול), כאשר זהות הממס ונפחו תלויים במאפיינים הפיזיים של החומר הפרמצבטי הפעיל (API) ובשיטת הכימות.
- למסירה לעכברים, הכנס את המחט עד לביפורקציה הראשונה של קנה הנשימה של עכברים מורדמים בהתאם לפרוטוקולים שנקבעו 9,15.
- לחצו על המזרק בכוח, והוציאו את האבקה מהמכשיר לתוך בקבוקון האיסוף (איור 2E).
הערה: יש לעקוב אחר אותה טכניקה להעברת האבקה לריאות המורין. - לניתוח תוכן ושחזור מבקבוקון האיסוף, השתמש בשיטה אנליטית מתאימה עבור ה- API הספציפי, כגון ספקטרופוטומטריה UV-Visible (UV-Vis) או כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ביצועי התרסיס של אבקות שונות המיובשות בתרסיס נקבעו לפני השימוש במחקר זה. התפלגות גודל החלקיקים האווירודינמית (APSD) תוארה על ידי הקוטר האווירודינמי החציוני של המסה (MMAD), המייצג את הגודל המחלק את ההתפלגות לשנייםבאחוזון 50 (d50), וסטיית התקן הגיאומטרית (GSD), המשקפת את רוחב ההתפלגות. GSD מוגדר על ידי השורש הריבועי של הקוטר האווירודינמי באחוזון 80 חלקי זה שבאחוזון ה-16 (d84/d16)1/2, כאשרהאחוזונים מייצגים סטיית תקן אחת משני צדי הממוצע עבור התפלגותלוג-נורמלית של מסה ביחס לגודל החלקיקים.
ארבע אבקות מייצגות מיובשות בתרסיס נשקלו למשלוח באמצעות המינונים המתוארים כאן. אבקות המיובשות בתרסיס (SD), כולל טיגציקלין (SD-1)3, קפרומיצין סולפט (SD-2)16, ספקטינמיד 1599 (SD-3)9 וממשקי API של אלבוטרול סולפט (SD-4) עם חומרים פעילים, מייצגות מגוון של פורמולציות אנטיבקטריאליות ומרחיבי סימפונות שפותחו עבור מגוון יישומים. לפני השימוש במינון, התפלגות גודל החלקיקים האווירודינמית נקבעה עבור ארבע האבקות באמצעות משאף אבקה יבשה בעל עמידות נמוכה ומשפיע מפל בעל ביצועים גבוהים בהתאם לפרק הכללי <601> של USP (ראה טבלת חומרים). ה-MMADs של SD-1, SD-2, SD-3 ו-SD-4 היו 2.6 ± 0.1 מיקרומטר (GSD = 2.1 ± 0.1), 1.7 ± 0.1 מיקרומטר (GSD = 2.4 ± 0.1), 1.7 ± 0.4 מיקרומטר (GSD = 2.7 ± 0.5) ו-2.2 ± 0.2 מיקרומטר (GSD = 2.1 ± 0.3), בהתאמה. ארבע האבקות הציגו שברי חלקיקים עדינים (<4.46 מיקרומטר), ביחס למינון הנפלט, של 68% ±-1%, 82% ±-1%, 77% ±-1% ו-68% ±-2% עבור SD-1, SD-2, SD-3 ו-SD-4, בהתאמה. ארבע האבקות מוצגות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק באיור 4.
כל אבקה הוכנה לאליציטוטים נפרדים של 30-35 מ"ג, ומחט הנירוסטה (21 גרם) של המינון הודבקה למיטת האבקה 1 עד 4 פעמים. המינון (21 גרם מחט פנימית מנירוסטה ומחט חיצונית 16 גרם פוליפרופילן) הופעל לתוך בקבוקון אטום שהכיל 5 מ"ל מים. לאחר ערבוב עדין, התמיסה נותחה באמצעות ספקטרופוטומטריה UV-Visible (λ = 351 ננומטר, 268 ננומטר, 271 ננומטר ו- 230 ננומטר עבור SD-1, SD-2, SD-3 ו- SD-4, בהתאמה) כדי לפקח על מינון האבקה המשתחררת מהמינון. המנה המועברת כפונקציה של מספר החותמות במיטת האבקה מוצגת באיור 5. יש לציין כי כל האבקות המיובשות בתרסיס הדגימו תגובת מינון ליניארית (R2 > 0.97) מ-1 עד 4 חותמות עם מינונים אלה. עבור SD-1, חותמת אחת הובילה לאספקת אבקה של 209 ± 99 מיקרוגרם, כאשר כל חותמת לאחר מכן הוסיפה ~130 מיקרוגרם (איור 5A). האבקות האחרות הציגו מגמות דומות, כאשר הבול הראשון הכניס מנה גדולה יותר של אבקה מאשר הבולים הבאים. עבור SD-2 (איור 5B), SD-3 (איור 5C) ו-SD-4 (איור 5D), חותמת אחת הובילה למשלוח של 268 ± 88 מיקרוגרם, 332 ± 95 מיקרוגרם ו-412 ± 72 מיקרוגרם, כאשר כל חותמת עוקבת הוסיפה כמות קטנה יותר של 170-230 מיקרוגרם. התגובה הליניארית לכל אבקה מאפשרת שליטה בהעמסת תרופות, כאשר ארבע האבקות, SD-1, SD-2, SD-3 ו-SD-4, מדגימות טווחים ברי השגה של 210-570 מיקרוגרם, 270-780 מיקרוגרם, 330-870 מיקרוגרם ו-410-1120 מיקרוגרם, בהתאמה. בעוד שהכל ליניארי וניתן לשחזור, ההבדלים הנראים בין אבקה מיובשת בתרסיס אחד למשנהו מדגישים את הצורך לאפיין את המינון המשתחרר מהמינונים עבור האבקה היבשה הספציפית המעניינת.
מינונים בקוטר קטן יותר הוכנו גם להעריך את השימוש בהם בעכברים קטנים / צעירים יותר. העיצוב הראשוני שתואר בפסקה הקודמת הוכן באמצעות מחט חיצונית מפוליפרופילן 16 גרם (קוטר חיצוני = 1.7 מ"מ). מחט הנירוסטה 21 G המשמשת במינונים אלה תואמת גם למחט חיצונית 20 G PTFE (קוטר חיצוני = 1.2 מ"מ) כפי שדווח על-ידי Stewart et al.9איור 6A מציג את השימוש במינונים של 21 G פלדת אל-חלד / 20 G PTFE עם נוסחת אבקה SD-1. נצפתה ירידה קלה במינון בר השגה בהשוואה למינונים של 21 גרם פלדת אל-חלד/16 גרם פוליפרופילן, כאשר החותמת הראשונית הביאה למינון של 111 ± 62 מיקרוגרם וכל חותמת עוקבת הוסיפה ~96 מיקרוגרם (איור 6A). האורך המוגדל של מחט ה-PTFE (5.08 ס"מ) בהשוואה למחט הפוליפרופילן (3.81 ס"מ) וגמישות המחט עלולים להוביל לאובדן אבקה. מחטים חיצוניות מפוליפרופילן בקוטר קטן יותר הוערכו גם הן, אך דרשו מחטים פנימיות מפלדת אל-חלד בקוטר קטן יותר. 18 G (קוטר חיצוני = 1.3 מ"מ) ו- 20 G (קוטר חיצוני = 1.0 מ"מ) מחטי פוליפרופילן נדרשו 22 G ו- 25 G מחטים פנימיות מפלדת אל-חלד, בהתאמה. כצפוי, הקטנת קוטר המחט הפנימית הפחיתה את המינון בר ההשגה. 22 גרם מינונים מפלדת אל-חלד/18 גרם פוליפרופילן, המוצגים באיור 6B, הדגימו מינון SD-1 של 82 ± 31 מיקרוגרם עם חותמת אחת, כאשר כל חותמת עוקבת הגדילה את המינון ב~41 מיקרוגרם. 25 גרם מינונים מפלדת אל-חלד/20 גרם פוליפרופילן, המוצגים באיור 6C, הדגימו מינון SD-1 קטן יותר של 29 ± 17 מיקרוגרם, עם חותמות נוספות המגדילות באופן מינימלי את המינון המועבר (~4 מיקרוגרם לחותפת). איור 6D מציג השוואה בין ארבע מערכות המינון המוערכות כאן בעת שימוש ב-4 חותמות של פורמולציית אבקה SD-1 ומדגיש שניתן להתאים אישית את מערכת המינון כך שתענה על צרכי המינון וגיל/גודל החיה.
איור 1: הכנת מחט מותאמת. (A) מחט נירוסטה שונה עם חלק מנעול פלסטיק גזוז ל 2-3 מ"מ. (B-C) החדרת מחט נירוסטה שונה לתוך מחט פוליפרופילן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: סכמת העמסת אבקה והפעלתה. (א-ה) סכמטי של העמסת אבקה, הרכבת מינון והפעלה ממינון מורכב. האוויר נדחק דרך מחט הנירוסטה הפנימית, ומחלק אבקה מתוך המינון. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: הסרת שאריות אבקה מחוץ למחט הפנימית . (A) מחט נירוסטה מעובדת עם אבקה שנשמרת בצד החיצוני של המחט לאחר הטמעה לתוך מיטת האבקה. (B) מחט נירוסטה מותאמת עם משטח נקי לאחר ניגוב עדין עם מגב עם סיבים נמוכים. (C) הדמיה של פנים המחט המכילה אבקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: ריסוס אבקות מיובשות. תמונות מייצגות של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק אבקות מיובשות בהתזה שהוכנו מארבעה ממשקי API שונים. אבקות יבשות כוללות (A) SD-1, (B) SD-2, (C) SD-3 ו-(D) SD-4. כל ההדמיה בוצעה בהגדלה של פי 10,000, כאשר סרגל קנה המידה שווה ל-5 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: כימות האבקה שנמסרה. מסה של אבקה המועברת ממינונים (21 גרם מחט פנימית מפלדת אל-חלד ו-16 גרם מחט חיצונית מפוליפרופילן) כפונקציה של חותמות לתוך מצע אבקה של ארבע אבקות מיובשות בתרסיס, כולל (A) SD-1, (B) SD-2, (C) SD-3 ו-(D) SD-4 (n ≥ 3, ממוצע ± סטיית תקן). השיפוע, המדגים את מסת האבקה המפוזרת לכל בול העמסה, ואת הטוב של התאמה (R2) לעקומה ליניארית כלולים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: כימות האבקה המועברת באמצעות מחטים בקוטר קטן יותר. מסה של אבקת SD-1 המועברת ממינסטרים שהוכנה באמצעות מחטים בקוטר קטן יותר, כולל (A) 21 G מחט פנימית מפלדת אל-חלד עם מחט חיצונית PTFE 20 גרם, (B) 22 G מחט פנימית מפלדת אל-חלד עם מחט חיצונית פוליפרופילן 18 גרם, ו-(C) מחט פנימית מפלדת אל-חלד 25 G עם מחט חיצונית פוליפרופילן 20 G (n ≥ 3, ממוצע ± סטיית תקן). השיפוע, המדגים את מסת האבקה המפוזרת לכל בול העמסה, ואת הטוב של התאמה (R2) לעקומה ליניארית כלולים. ציר ה-y מותאם כך שיתאים לנתונים בכל איור. השוואה של מינון SD-1 המועבר מכל סוגי המינון לאחר 4 חותמות למצע האבקה מוצגת ב-(D). קיצורים כוללים: SS, נירוסטה; PP, פוליפרופילן; PTFE, polytetrafluoroethylene. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
מכיוון שעכברים מחויבים לנשום אף, העברה באמצעות שאיפה פסיבית למחקרי הוכחת היתכנות ראשוניים הופכת את היעילות והערכת המינון למאתגרת מכיוון שהאבקה חייבת לעבור את האף והגרון באופן התלוי בתכונות החלקיקים וביעילות פיזור האבקה 7,8,14. השימוש במינונים שפותחו כאן עוקף את האף והגרון, כאשר המינון מוכנס לביפורקציה הראשונה של הסימפונות9, ומספק את המנה המלאה ישירות לריאות של עכברים, מה שמאפשר בקרת מינון מדויקת יותר למחקרים ראשוניים. מינונים אלה מייצגים שיטת אספקה הניתנת לשחזור ולהתאמה אישית למתן תוך קנה הנשימה לעכברים ולהערכת ביצועי אבקה במבחנה.
מינונים באמצעות 21 G נירוסטה ומחטי פוליפרופילן 16 גרם היו מסוגלים לטעון ולספק 200-1100 מיקרוגרם בהתאם לניסוח ומספר החותמות, שהוא בדרך כלל מינון מתאים לעכברים. העמסה מעבר ל-4 בולים הייתה אפשרית עבור פורמולציות מסוימות, כגון SD-1 ו-SD-2, ששמרו על פיזור אבקה עד 5 בולים לפחות, אך העמסה מעבר ל-4 בולים הפכה למאתגרת עבור פורמולציות כגון SD-3 ו-SD-4. אם האבקה נעשתה ארוזה מדי במחט הפנימית לאחר אילוף נוסף, בולוס של 0.15-0.6 מ"ל אוויר לא הספיק כדי לעקור ולפזר את האבקה. בעוד נפח גדול יותר של 1-2 מ"ל עשוי להיות מסוגל לפזר אבקות טעונות אלה, נפחים אלה עלולים לגרום טראומה לעכברים ויש להימנע 8,15. בכל המקרים, יש לבצע את האילוף בעדינות כדי למזער השפעה זו. כתוצאה מכך, השפעה זו מגבילה את העומס מעל 600-1100 מ"ג, בהתאם לניסוח. בעוד שהוא מתאים לעכברים, יש להשתמש במינון גדול יותר מסוג מאגר לבעלי חיים הזקוקים למינון גדול יותר10. מינונים בקוטר קטן יותר (קוטר חיצוני של 1.0-1.3 מ"מ) פותחו והוערכו גם הם עם SD-1. המינון הגדול ביותר עבור מינון בגודל מופחת נצפה כאשר משלבים מחט פנימית מפלדת אל-חלד 21 G עם מחט חיצונית 20 G PTFE. מחקרים פרמקוקינטיים בעכברים בוצעו בעבר על ידי סטיוארט ואחרים עם מערכת מינון זו, המדגישים את השימוש המוצלח שלה9. מינונים קטנים יותר היו אפשריים גם באמצעות מחטים חיצוניות מפוליפרופילן, אך הביאו למינונים נמוכים יותר הניתנים להשגה, מה שהדגיש מגבלה במערכת. המינון מושפע מאוד מקוטר המחט, והמינונים הגדולים יותר המדווחים עבור מינונים של 21 גרם פלדת אל-חלד / 16 גרם פוליפרופילן עשויים שלא להיות אפשריים לשימוש בעכברים קטנים / צעירים מדי.
מערכות המינון מאושרות לפעול בארבע האבקות המיובשות בתרסיס שנדונו כאן. עם זאת, כל מערכות החלקיקים במחקר זה הן חלקיקים מהונדסים בצפיפות נמוכה בעלי צפיפות תפזורת אחידה. יעילות במערכות חלקיקים אחרות שבהן לא ניתן להבטיח את אחידות מצע האבקה טרם הוערכה וייתכן שלא תביא לאספקה ניתנת לשחזור. הערכה נוספת תידרש בכל מקרה לגופו לפני השימוש במערכת המינון.
אנו מתארים את השימוש במסור חתך מדויק להכנת מחטי המינון הפנימיות, אך ניתן להשתמש במלטש חגורה במקום. אם משתמשים במלטש חגורה, חשוב להחליק מחט קטנה יותר או חוט דרך מחט הנירוסטה הפנימית כדי לוודא שהמחט פתוחה ולא הייתה מוסתרת בתהליך. לא הבחינו בכך כבעיה בעת השימוש במסור החתך המדויק.
העלות הנמוכה וקלות ההכנה של המינונים מקלים על השימוש בהם כמכשירי משלוח חד פעמיים, כאשר אין צורך בטעינה מחדש של המכשיר וניקוי/חיטוי בין שימושים. ניתן למלא מראש את האבקה היבשה ולאחסן אותה בהתאם לדרישות ה-API ואחסון הפורמולציה, מה שמחייב את המשתמש רק להטביע את המחט לתוך האבקה לפני ההרכבה וההפעלה. מילוי צינור מיטת האבקה יכול להתבצע בתנאי מעבדה בהם קיימים איזון ומכסה מנוע, הדורש נוכחות של ציוד מינימלי במעבדהלנוהל בעלי חיים 10. המינונים מיועדים למחקרים ראשוניים של הוכחת היתכנות בעכברים ומדגימים העמסה מדויקת וניתנת לשחזור.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי אין להם ניגוד עניינים.
Acknowledgments
המחברים מבקשים להכיר במימון מהמכונים הלאומיים לבריאות (R01AI155922). מיקרוסקופיה בוצעה במעבדה האנליטית והננו-פבריקציה של צ'אפל היל (CHANL), חברה ברשת הננוטכנולוגיה של משולש המחקר של צפון קרוליינה, RTNN, הנתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע, Grant ECCS-1542015, כחלק מהתשתית הלאומית לננוטכנולוגיה מתואמת, 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).
