Somministrazione di farmaci a base di pompa osmotica per la ricerca sulla rimielinizzazione in vivo sul sistema nervoso centrale
Summary
La demielinizzazione avviene in più malattie del sistema nervoso centrale. Una tecnica affidabile di somministrazione di farmaci in vivo è necessaria per i test antidroga rimielinizzanti. Questo protocollo descrive un metodo basato su pompa osmotica che consente la somministrazione di farmaci a lungo termine direttamente nel parenchima cerebrale e migliora la biodisponibilità del farmaco, con ampia applicazione nella ricerca sulla rimielinizzazione.
Abstract
La demielinizzazione è stata identificata non solo nella sclerosi multipla (SM), ma anche in altre malattie del sistema nervoso centrale come il morbo di Alzheimer e l’autismo. Poiché l’evidenza suggerisce che la rimielinizzazione può migliorare efficacemente i sintomi della malattia, c’è una crescente attenzione allo sviluppo di farmaci per promuovere il processo di rigenerazione della mielina. Pertanto, è necessaria una tecnica di somministrazione di farmaci selezionabile a livello regionale e affidabile in termini di risultati per testare l’efficienza e la specificità di questi farmaci in vivo. Questo protocollo introduce l’impianto della pompa osmotica come un nuovo approccio di somministrazione del farmaco nel modello murino di demielinizzazione indotta da lisolecitina. La pompa osmotica è un piccolo dispositivo impiantabile in grado di bypassare la barriera emato-encefalica (BBB) e fornire farmaci in modo costante e diretto ad aree specifiche del cervello del topo. Può anche migliorare efficacemente la biodisponibilità di farmaci come peptidi e proteine con una breve emivita. Pertanto, questo metodo è di grande valore per il campo della ricerca sulla rigenerazione della mielina del sistema nervoso centrale.
Introduction
La pompa osmotica è un piccolo dispositivo impiantabile per il rilascio di soluzioni. Può essere utilizzato per la consegna sistemica quando impiantato per via sottocutanea o nella cavità addominale. La superficie della pompa osmotica è una membrana semipermeabile e il suo lato interno è uno strato permeabile. La pompa osmotica funziona utilizzando la differenza di pressione osmotica tra lo strato osmotico e l’ambiente tissutale in cui viene impiantata la pompa. L’elevata osmolalità dello strato osmotico fa fluire l’acqua nel tessuto nello strato osmotico attraverso la membrana semipermeabile sulla superficie della pompa. Lo strato osmotico si espande e comprime il serbatoio flessibile all’interno della pompa, spostando così la soluzione dal serbatoio flessibile ad una certa velocità per una lunga durata1. La pompa ha tre diversi volumi di serbatoio, 100 μL, 200 μL e 2 mL, con velocità di mandata variabili da 0,11 μL/h a 10 μL/h. A seconda del tipo di pompa selezionato, il dispositivo può funzionare da 1 giorno a 6 settimane2. In questo protocollo viene utilizzata una pompa osmotica da 100 μL con una velocità di trasferimento di 0,25 μL/h che può funzionare per 14 giorni.
Nel 1970, la pompa osmotica era stata utilizzata nella ricerca neuroscientifica 3,4. Ad esempio, Wei et al. hanno adottato l’approccio della pompa osmotica per iniettare peptidi oppioidi nel ventricolo in uno studio sulla tossicodipendenza3. Dopo il miglioramento continuo, la pompa osmotica è stata ora utilizzata nello studio della somministrazione controllata di migliaia di farmaci, tra cui peptidi, fattori di crescita, farmaci che creano dipendenza, ormoni, steroidi, anticorpi e così via. Inoltre, con cateteri speciali (Brain Infusion Kits) collegati, può essere utilizzato per infusioni mirate a tessuti o organi specifici, tra cui il midollo spinale, il cervello, la milza e il fegato 5,6,7.
Nello studio della rimielinizzazione, molti farmaci hanno dimostrato di promuovere la rigenerazione della mielina in vitro, ma la maggior parte di essi non ha ottenuto effetti significativi in vivo, probabilmente a causa della mancanza di un metodo di somministrazione appropriato. I metodi di somministrazione tradizionali come l’iniezione intraperitoneale, l’iniezione sottocutanea e la somministrazione intragastrica hanno limitazioni nella biodisponibilità dei farmaci. Inoltre, alcuni farmaci hanno una scarsa permeabilità alla barriera emato-encefalica, che mina il loro accesso al parenchima cerebrale. Insieme, queste limitazioni richiedono un nuovo metodo di consegna efficiente. In combinazione con i kit di infusione cerebrale, le pompe osmotiche possono bypassare la barriera emato-encefalica e fornire farmaci direttamente al corpo calloso, il che migliora efficacemente la biodisponibilità dei farmaci, specialmente per alcuni polipeptidi e farmaci proteici con una breve emivita. Pertanto, la pompa osmotica come nuova tecnica di somministrazione di farmaci è di grande valore per il campo della ricerca sulla rigenerazione della mielina del sistema nervoso centrale. L’applicazione di questa tecnica sarà introdotta in dettaglio di seguito.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo descrive la pompa osmotica come una nuova tecnica di somministrazione di farmaci per la ricerca sulla rigenerazione della mielina, che può fornire farmaci direttamente al sito di trattamento e consentire la somministrazione costante di farmaci per un periodo prolungato, creando una concentrazione stabile di farmaco nel microambiente del sistema nervoso centrale per l’intera durata sperimentale. Rispetto ad altri metodi di somministrazione del farmaco, la pompa osmotica è più favorevole al manteniment…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni della National Nature Science Foundation of China (NSFC 32070964, 31871045) a J.N. e dalla Shenzhen Basic Research Foundation (JCYJ20210324121214039) a 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 |
References
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