Farmasötik kuru toz geliştirme, genellikle bir fare modeli kullanılarak güvenilir in vivo testler gerektirir. Kuru toz aerosollerin farelere doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde iletilmesi için cihaz teknolojisi kısıtlanmıştır. Bu çalışma, fareyle ilgili dozlarda pulmoner ilaç dağıtımı için tek kullanımlık dozlayıcılar sunarak ilk kavram kanıtı araştırmasına yardımcı olur.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Farelere kuru toz verilmesi için tasarlanmış tek kullanımlık dozlayıcılar
Bu makalede
Özet
Özet
Kuru toz inhalerleri, kararlı katı hal ilaç formülasyonları, cihaz taşınabilirliği, bolus ölçümü ve dozlaması ve itici gazsız bir dağıtma mekanizması dahil olmak üzere ilaçların akciğerlere iletilmesi için çok sayıda avantaj sunar. Farmasötik kuru toz aerosol ürünleri geliştirmek için sağlam in vivo testler şarttır. Tipik olarak, ilk çalışmalar, daha büyük hayvan türlerinde resmi çalışmalar yapmadan önce ön değerlendirme için bir fare modeli kullanmayı içerir. Bununla birlikte, bu yaklaşımdaki önemli bir sınırlama, kuru tozları küçük hayvanlara doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde iletmek için uygun cihaz teknolojisinin olmaması ve bu tür modellerin kullanışlılığını engellemesidir. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, fareler için uygun dozlarda kuru tozların intrapulmoner verilmesi için özel olarak tek kullanımlık şırınga dozlayıcıları geliştirilmiştir. Bu dozlayıcılar, tek tip bir yığın yoğunluklu toz yatağından elde edilen önceden belirlenmiş miktarda tozu yükler ve teslim eder. Bu ayrık kontrol, toz yatağına sabit bir derinliğe (kurcalama) kör bir iğne sokularak ve her seferinde sabit bir miktar çıkarılarak elde edilir. Özellikle, bu dozajlama modelinin bir dizi püskürtülerek kurutulmuş toz için etkili olduğu kanıtlanmıştır. Dört farklı model püskürtülerek kurutulmuş toz içeren deneylerde, dozlayıcılar 30 ila 1100 μg aralığında dozlara ulaşma yeteneğini gösterdi. Elde edilen doz, tampon sayısı, dozatör iğnesinin boyutu ve kullanılan spesifik formülasyon gibi faktörlerden etkilenmiştir. Bu dozatörlerin en önemli faydalarından biri, üretim kolaylığıdır, bu da onları ilk kavram kanıtlama çalışmaları sırasında farelere kuru tozlar vermek için erişilebilir ve uygun maliyetli hale getirir. Dozlayıcıların tek kullanımlık yapısı, yeniden kullanılabilir sistemlerin ve tartım malzemelerinin temizlenmesi ve yeniden doldurulmasının sakıncalı olduğu hayvan prosedür odalarında kullanımı kolaylaştırır. Bu nedenle, tek kullanımlık şırınga dozlayıcılarının geliştirilmesi, kavram kanıtlama çalışmaları için murin kuru toz dağıtımında önemli bir engeli ele almış ve araştırmacıların pulmoner ilaç dağıtımı için küçük hayvan modellerinde daha doğru ve tekrarlanabilir ön çalışmalar yapmalarını sağlamıştır.
Giriş
Pulmoner ilaç dağıtımı için kuru toz inhalerlerin (DPI'lar) kullanımı, kloroflorokarbon itici gazların 1,2 küresel olarak aşamalı olarak kullanımdan kaldırılması nedeniyle son otuz yılda büyük ilgi görmüştür. DPI'lar, formülasyon stabilitesi, taşınabilirlik, kullanım kolaylığı ve itici gazsız dağılım mekanizmaları dahil olmak üzere, ölçülü doz inhalerleri ve nebülizörler gibi diğer pulmoner dağıtım sistemlerine göre çok sayıda fayda sunar2. Bununla birlikte, DPI ürünlerini klinik çeviriye taşımadan önce, birçoğu başlangıçta bir fare modeli kullanılarak tamamlanan birkaç klinik öncesi çalışma yapılmalıdır. Bununla birlikte, kuru tozları küçük hayvanlara doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde vermek için mevcut teknolojiler sınırlıdır.
Fareler gibi küçük hayvanlara kuru tozlar vermenin yaygın yöntemleri arasında pasif inhalasyon 3,4,5,6,7 ve doğrudan uygulama 8,9,10,11,12,13 bulunur. Pasif inhalasyon tipik olarak, yeterli bir aerosol bulutu hazırlamak için büyük dozlarda püskürtülerek kurutulmuş toz kullanan özel bir oda gerektirir. Fareler zorunlu burun solunumları14 olduğundan, pasif inhalasyon yoluyla teslimat, tozun akciğerlere ulaşmak için burun ve boğazdan geçmesini gerektirir, bu da yeterli partikül aerodinamik özelliklerine sahip bir aerosol bulutunun korunmasını gerektirir 7,8. Normal solunumun bir sonucu olarak solunması nedeniyle doğrudan doğumdan fizyolojik olarak daha ilgili olan yararlı bir teknik14 olsa da, toz kütlesinin sınırlı olduğu ilk çalışmalar için uygun olmayabilir.
Alternatif olarak, doğrudan kuru toz dağıtımı için bir dizi intratrakeal dağıtım cihazı bildirilmiştir 8,9,10,11,12,13. İntratrakeal cihazlar burun ve boğazı atlayarak tozu doğrudan akciğerlere iletir ve verilen doz üzerinde daha ince kontrol sağlar14. Ek olarak, bazı cihazlar, özellikle bir sıkıştırma yükleme prosedürü9 kullanılarak hazırlananlar, daha küçük miktarlarla hazırlanabilir, bu da ilk kavram kanıtlama çalışmaları için önemli bir husustur. Evrensel olarak temin edilebilen intratrakeal dağıtım cihazlarının eksikliği, kullanım potansiyellerini engellemiş, kullanılabilirliği sınırlamış ve laboratuvarlar arası farklılıklara yol açmıştır14. Bu çalışmada, kuru toz aerosollerin geliştirilmesinde kavram kanıtı murin çalışmaları için kullanılabilecek intratrakeal dağıtım için basit, ucuz, tek kullanımlık bir dozatör öneriyoruz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
Tüm hayvan deneyleri, Hayvan Refahı Yasası ve Laboratuvar Hayvanlarının İnsani Bakımı ve Kullanımına İlişkin Halk Sağlığı Hizmeti Politikasına uygun olarak yürütülmüştür. Çalışma protokolü, Tennessee Üniversitesi Sağlık Bilimleri Merkezi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylandı. ~ 6-8 haftalık sağlıklı dişi BALB / c farelerine, spektinamid 1599 kuru tozlar9 kullanılarak yapılan bir farmakokinetik çalışma için intrapulmoner aerosol uygulaması ile bir dozatörün kuru toz içeriği uygulandı. Hayvanlar ticari bir kaynaktan elde edilmiştir (bkz.
1. Dozlayıcı ve dolgu bileşenlerinin hazırlanması
- 2.54 cm (1 inç) kör paslanmaz çelik iğnenin (21-25 G) plastik luer kısmını, hassas bir kesit testeresi (bkz. Malzeme Tablosu) veya bir bantlı zımpara makinesi kullanarak 2-3 mm plastik luer kalana kadar kesin (Şekil 1A ve Şekil 2A).
NOT: Bantlı zımpara makinesi kullanılıyorsa, oluşan olası engelleri gidermek için paslanmaz çelik iğnenin daha küçük bir iğne veya tel kullanılarak temizlenmesi gerekebilir. - 0,6 mL'lik bir konik santrifüj tüpünün ucunu (1-1,5 cm) kesin. Tüpün ucunu 30-35 mg tozla doldurun.
NOT: Bu çalışma için kullanılan örnek tozların ayrıntıları için Temsili Sonuçlara bakınız. Toz aerosol performansı, USP Genel Bölüm <601>'de açıklandığı gibi standart metodoloji izlenerek bu uygulamada kullanılmadan önce değerlendirilmelidir (bkz. Malzeme Tablosu). - Tozu saklıyor ve/veya taşıyorsanız, şişeyi kapatmak için tüp kapağını (kesilmiş) kullanın. Depolama ve/veya taşıma sırasında tozun ortam nemine maruz kalmasını en aza indirmek için parafin film ile kapatın.
2. Dozajlayıcıların yüklenmesi ve montajı
- İstenilen dozu elde etmek için kesilmiş paslanmaz çelik iğneyi 0.6 mL konik santrifüj tüpü ucundaki toz yatağına gerektiği kadar sıkıştırın (Şekil 2B). Fazla tozu temizlemek için paslanmaz çelik iğnenin kenarlarını düşük tiftikli bir silecekle nazikçe silin (Şekil 3).
- Herhangi bir tozun yerinden çıkmasını önlemek için yüklü paslanmaz çelik iğneyi 3.81 cm (1.5 inç) polipropilen veya 5.08 cm (2 inç) politetrafloroetilen (PTFE) iğneye (16-20 G) (bkz. Malzeme Tablosu) yavaşça sokun.
3. Çalıştırma dozlayıcıları
- Tek kullanımlık bir şırıngayı, uygulamaya bağlı olarak değişebilen istenen hacme geri çekin.
NOT: Farelerde intrapulmoner uygulama için 0.15-0.6 mL tipik olarak uygundur 8,9. - Şırıngayı polipropilen veya PTFE iğnesi üzerindeki luer kilidine takın (Şekil 2D).
- Dozlayıcının iğne ucunu istenen hedefe yerleştirin. Toz içeriğini ve tekrarlanabilirliği analiz etmek için, iğneyi delikli bir kauçuk septum veya parafin filmden az miktarda (örneğin 1-5 mL) su ve/veya organik çözücü (örneğin etanol) içeren bir şişeye sokun.
- Farelere teslimat için, iğneyi anestezi uygulanmış farelerin trakeasının ilk bronşiyal çatallanmasına kadar 9,15 protokollerini izleyerek yerleştirin.
- Şırıngaya kuvvetlice bastırın, tozu cihazdan toplama şişesine boşaltın (Şekil 2E).
NOT: Tozun murin akciğerlerine verilmesi için de aynı teknik izlenmelidir. - Toplama şişesinden içeriği ve tekrarlanabilirliği analiz etmek için, UV-Görünür (UV-Vis) spektrofotometrisi veya yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) gibi spesifik API için uygun bir analitik yöntem kullanın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Çeşitli püskürtülerek kurutulmuş tozların aerosol performansı, bu çalışmada kullanılmadan önce belirlenmiştir. Aerodinamik parçacık boyutu dağılımı (APSD), dağılımı 50. persentilde (d50) ikiye bölen boyutu temsil eden kütle medyan aerodinamik çapı (MMAD) ve dağılımın genişliğini yansıtan geometrik standart sapma (GSD) ile tanımlanmıştır. GSD, 80. yüzdelik dilimdeki aerodinamik çapın karekökünün 16. yüzdelik dilimdeki (d84/d16)1/2'ye bölünmesiyle tanımlanırve yüz...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Fareler zorunlu burun solunumu olduğundan, ilk kavram kanıtlama çalışmaları için pasif inhalasyon yoluyla verilmesi, tozun partikül özelliklerine ve toz dağılım verimliliğine bağlı bir şekilde burun ve boğazdan geçmesi gerektiğinden verimliliği ve doz tahminini zorlaştırır 7,8,14. Burada geliştirilen dozlayıcıların kullanımı, ilk bronşiyal çatallanmaya9 yerleştirilen dozatör ile burun ve boğazı a...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Teşekkürler
Yazarlar, Ulusal Sağlık Enstitüleri'nden (R01AI155922) fon almak istemektedir. Mikroskopi, Ulusal Nanoteknoloji Koordineli Altyapı'nın bir parçası olarak Ulusal Bilim Vakfı, Grant ECCS-1542015 tarafından desteklenen Kuzey Carolina Araştırma Üçgeni Nanoteknoloji Ağı'nın (RTNN) bir üyesi olan Chapel Hill Analitik ve Nanofabrikasyon Laboratuvarı'nda (CHANL) gerçekleştirildi.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| 0,6 mL mikrosantrifüj tüpleri | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Analitik terazi | Mettler Toledo | AR1140 | Yeterli aralığa sahip herhangi bir analitik terazi kullanılabilir |
| Kör paslanmaz çelik iğne, 1 inç, 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Kör paslanmaz çelik iğne, 1 inç, 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Kör paslanmaz çelik iğne, 1 inç, 25 G | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Luer kilitli tek kullanımlık şırınga (1 mL) | Fisher Scientific | 14-823-30 | 3 mL şırıngalar da kullanılabilir |
| Dişi BALB/c fareler | Charles River, Wilmington, MA, ABD | ||
| Yüksek performanslı kaskad çarpma tertibatı | Yeni Nesil Çarpma | Aparatı 5 | |
| Lab filmi (örn., Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Düşük tiftikli silecek (örn., Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Düşük dirençli kuru toz inhaler | RS01 mod 7 | ||
| Polipropilen iğne, 1,5 inç, 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Polipropilen iğne, 1,5 inç, 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Polipropilen iğne, 1,5 inç, 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Hassas kesit kesme testeresi | TedPella | 812-300 | Bantlı zımpara makinesi alternatif |
| olarak kullanılabilirPTFE iğne, 2 inç, 20 G | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP Genel Bölüm < 601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
Kaynaklar
- 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).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
