מינונים חד פעמיים המיועדים למשלוח אבקה יבשה לעכברים
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.
Protocol
Representative Results
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. השימו?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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).
