Osmotische pumpbasierte Wirkstoffabgabe für die In-vivo-Remyelinisierungsforschung am zentralen Nervensystem
Summary
Die Demyelinisierung findet bei multiplen Erkrankungen des zentralen Nervensystems statt. Eine zuverlässige In-vivo-Arzneimittelabgabetechnik ist für remyelinisierende Arzneimitteltests erforderlich. Dieses Protokoll beschreibt eine osmotische pumpbasierte Methode, die eine langfristige Arzneimittelabgabe direkt in das Gehirnparenchym ermöglicht und die Bioverfügbarkeit des Arzneimittels verbessert, mit breiter Anwendung in der Remyelinisierungsforschung.
Abstract
Demyelinisierung wurde nicht nur bei Multipler Sklerose (MS), sondern auch bei anderen Erkrankungen des zentralen Nervensystems wie Alzheimer und Autismus identifiziert. Da Beweise darauf hindeuten, dass die Remyelinisierung die Krankheitssymptome wirksam lindern kann, liegt der Schwerpunkt zunehmend auf der Arzneimittelentwicklung, um den Myelin-Regenerationsprozess zu fördern. Daher ist eine regional wählbare und ergebnissichere Arzneimittelabgabetechnik erforderlich, um die Wirksamkeit und Spezifität dieser Arzneimittel in vivo zu testen. Dieses Protokoll führt das osmotische Pumpenimplantat als neuen Drug-Delivery-Ansatz im Lysolecithin-induzierten Demyelinisierungs-Mausmodell ein. Die osmotische Pumpe ist ein kleines implantierbares Gerät, das die Blut-Hirn-Dämpfung (BHS) umgehen und Medikamente stetig und direkt an bestimmte Bereiche des Mäusegehirns abgeben kann. Es kann auch die Bioverfügbarkeit von Medikamenten wie Peptiden und Proteinen mit einer kurzen Halbwertszeit effektiv verbessern. Daher ist diese Methode von großem Wert für das Gebiet der Myelinregenerationsforschung des zentralen Nervensystems.
Introduction
Die osmotische Pumpe ist ein kleines implantierbares lösungslösendes Gerät. Es kann für die systemische Entbindung verwendet werden, wenn es subkutan oder in der Bauchhöhle implantiert wird. Die Oberfläche der osmotischen Pumpe ist eine semipermeable Membran und ihre Innenseite ist eine durchlässige Schicht. Die osmotische Pumpe arbeitet unter Verwendung der osmotischen Druckdifferenz zwischen der osmotischen Schicht und der Gewebeumgebung, in der die Pumpe implantiert wird. Die hohe Osmolalität der osmotischen Schicht lässt das Wasser im Gewebe durch die semipermeable Membran auf der Pumpenoberfläche in die osmotische Schicht fließen. Die osmotische Schicht dehnt sich aus und komprimiert das flexible Reservoir in der Pumpe, wodurch die Lösung für eine lange Dauer mit einer bestimmten Rate aus dem flexiblen Reservoir verdrängtwird 1. Die Pumpe hat drei verschiedene Reservoirvolumina, 100 μL, 200 μL und 2 ml, wobei ihre Förderraten von 0,11 μL/h bis 10 μL/h variieren. Je nach gewähltem Pumpentyp kann das Gerät von 1 Tag bis 6 Wochen2 betrieben werden. In diesem Protokoll wird eine 100 μL osmotische Pumpe mit einer Übertragungsrate von 0,25 μL/h verwendet, die 14 Tage lang betrieben werden kann.
In den 1970er Jahren wurde die osmotische Pumpe in der neurowissenschaftlichen Forschungeingesetzt 3,4. Zum Beispiel übernahmen Wei et al. den osmotischen Pumpansatz, um Opioidpeptide in den Ventrikel in eine Studie über Drogenabhängigkeit zu injizieren3. Nach kontinuierlicher Verbesserung wurde die osmotische Pumpe nun bei der Untersuchung der kontrollierten Abgabe von Tausenden von Medikamenten eingesetzt, darunter Peptide, Wachstumsfaktoren, Suchtmittel, Hormone, Steroide, Antikörper und so weiter. Darüber hinaus kann es mit speziellen Kathetern (Brain Infusion Kits) für die gezielte Infusion in bestimmte Gewebe oder Organe, einschließlich Rückenmark, Gehirn, Milz und Leberverwendet werden 5,6,7.
In der Studie zur Remyelinisierung wurde gezeigt, dass viele Medikamente die Myelinregeneration in vitro fördern, aber die meisten von ihnen haben in vivo keine signifikanten Wirkungen erzielt, möglicherweise aufgrund des Fehlens einer geeigneten Verabreichungsmethode. Traditionelle Verabreichungsmethoden wie intraperitoneale Injektion, subkutane Injektion und intragastrische Verabreichung haben Einschränkungen in der Bioverfügbarkeit der Medikamente. Darüber hinaus haben einige Medikamente eine schlechte Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke, was ihren Zugang zum Gehirnparenchym untergräbt. Zusammen erfordern diese Einschränkungen eine neuartige effiziente Bereitstellungsmethode. In Kombination mit den Gehirninfusionskits können osmotische Pumpen die Blut-Hirn-Schranke umgehen und Medikamente direkt an das Corpus callosum abgeben, was die Bioverfügbarkeit von Medikamenten effektiv verbessert, insbesondere für einige Polypeptid- und Proteinmedikamente mit einer kurzen Halbwertszeit. Daher ist die osmotische Pumpe als neue Drug-Delivery-Technik von großem Wert für das Gebiet der Myelin-Regenerationsforschung des zentralen Nervensystems. Die Anwendung dieser Technik wird im Folgenden ausführlich vorgestellt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt die osmotische Pumpe als eine neuartige Arzneimittelabgabetechnik für die Myelinregenerationsforschung, die Medikamente direkt an die Behandlungsstelle abgeben und eine konsistente Arzneimittelabgabe über einen längeren Zeitraum ermöglichen kann, wodurch eine stabile Arzneimittelkonzentration in der Mikroumgebung des zentralen Nervensystems während der gesamten experimentellen Dauer erzeugt wird. Im Vergleich zu anderen Methoden der Arzneimittelabgabe ist die osmotische Pumpe förderliche…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse der National Nature Science Foundation of China (NSFC 32070964, 31871045) an J.N. und der Shenzhen Basic Research Foundation (JCYJ20210324121214039) an Y.S.
Materials
| Anesthesia Air Pump | RWD | R510-29 | E05818-006 |
| Brain Infusion kit 3 | ALZET | 0008851 | 1-3 mm |
| Carprofen | Macklin | C830557-1g | 5 mg/kg every 24 h |
| Erythromycin eye ointment | Along technology | YCKJ-RJ-024780 | Cover the surface of the eyeballs during anesthesia |
| Erythromycin ointment | pythonbio | RG180 | |
| Gas Evacuation Apparatus | RWD | R546W | E05518-002 |
| L-α-Lysophosphatidylcholine | Sigma | L0906 | Dissolve at 1% with sterile PBS |
| Microliter Syringe | Hamilton | 65460-05 | Syringe Series:1700, 10 µL, 33 gauge |
| Micro-smotic pump model 1002 | ALZET | 0004317 | 0.25 µL per hour, 14 days |
| PBS (pH = 7.3) | ORIGENE | ZLI-9061 | |
| Pentobarbital sodium | Shanghai Civi | CAS NO: 57-33-0 | 150-200 mg/kg intraperitoneal injection for euthanasia |
| Small Animal Anesthesia Machine | RWD | R520IE | E05807-006 M |
| Stereotaxic Equipment | RWD | E06382 | |
| STERI 250 sterilizer | Keller | 31101 | Rapid sterilization of surgical instruments |
| Surgical sutures | Shanghai jinhuan | F504 | 5-0 |
| Syringe needle (1 mL) | Shanghai KDL | 6930197811018 | 26 gauge (0.45 mm x 16 mm) |
| Testing drug and solvent | Experiment dependent | N/A | |
| ThermoStar Homeothermic Monitoring System | RWD | 69026 | Maintain body temperature during anesthesia |
| Vetbond Tissue adhesive | 3M | 1469SB | Secure the brain infusion cannula , Adhere the skin incision |
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