Novos métodos para a Administração Intranasal sob anestesia por inalação para avaliar a entrega da droga de nariz-de-Brain
Summary
Aqui, descrevemos dois métodos novos da administração intranasal estável sob anestesia por inalação com o mínimo de estresse físico para animais experimentais. Podemos também descrever um método de avaliação quantitativa dos níveis de distribuição de drogas no cérebro através da via de nariz-de-cérebro usando radiolabeled [14C]-inulina como um substrato de modelo de macromoléculas solúveis em água.
Abstract
Administração intranasal foi relatada para ser um potencial caminho para entrega de nariz-de-cérebro de agentes terapêuticos que contorna a barreira sangue – cérebro. No entanto, tem havido alguns relatos a respeito não só a análise quantitativa, mas também as condições ideais de administração e dosagem de regimes para investigações de entrega de nariz-de-cérebro. O progresso limitado na investigação sobre os mecanismos de nariz-de-cérebro via usando roedores representa um entrave significativo em termos de concepção de sistemas de entrega nariz-de-cérebro para drogas de candidato.
Para ganhar alguns progressos nesse sentido, desenvolvemos e avaliados dois métodos novos da administração intranasal estável sob anestesia por inalação para animais experimentais. Podemos também descrever um método de avaliação dos níveis de distribuição de drogas no cérebro através da via de nariz-de-cérebro usando rádio-rotulado [14C]-inulina (peso molecular: 5.000) como um substrato de modelo de macromoléculas solúveis em água.
Inicialmente, desenvolvemos um protocolo de administração intranasal baseada em pipeta usando máscaras temporariamente openable, que nos permitiram realizar administração fiável para animais sob anestesia estável. Usando este sistema, [14C]-inulina pôde ser entregue ao cérebro com pequeno erro experimental.
Posteriormente foi desenvolvido um protocolo de administração intranasal que impliquem reversa canulação do lado das vias aéreas através do esôfago, que foi desenvolvido para minimizar os efeitos de infralateral (MC). Esta técnica levou a níveis significativamente mais elevados de [14C]-inulina, que foi detectado quantitativamente no bulbo olfatório, cérebro e medula espinhal, que o método de pipeta. Isto parece ser porque a retenção da solução na cavidade nasal de drogas foi substancialmente aumentada pela Administração ativa usando uma bomba de seringa em uma direção oposta a MC na cavidade nasal.
Em conclusão, os dois métodos de administração intranasal, desenvolvido neste estudo podem ser esperados ser técnicas extremamente úteis para avaliar a farmacocinética em roedores. O método de canulação reverso, em particular, poderia ser útil para avaliar o potencial do cérebro-de-nariz entrega de candidatos da droga.
Introduction
Biomedicines como peptídeos e oligonucleotídeos anticorpos são considerados ter potencial aplicação como novos agentes terapêuticos para distúrbios do SNC refratário que atualmente não têm nenhuma terapia curativa. No entanto, porque a maioria dos biomedicines são macromoléculas solúveis em água, a entrega do sangue para o cérebro através de administração intravenosa ou oral é extremamente difícil devido à impedância da barreira hemato – encefálica (BBB).
Nos últimos anos, a administração intranasal tem sido relatada para ser um potencial caminho para entrega de nariz-de-cérebro de agentes terapêuticos que evita o BBB1,2,3,4,5. No entanto, há relativamente poucos relatos em relação à análise quantitativa de nariz-de-cérebro via entrega6. Além disso, não tem havido relatos virtualmente na administração ideal estabelecido condições e regimes de dosagens, tais como volume, vezes, períodos de tempo e velocidade, para investigações de entrega de nariz-de-cérebro. As irregularidades acima mencionadas podem ser atribuídas às seguintes razões: (i) um método ideal de administração intranasal para ratos ainda tem que ser estabelecido, e (ii) intranasal administração pipetando, que geralmente é usada, é tipicamente caracterizada pela variação interindividual entre animais devido à infralateral (MC), desse modo, muitas vezes levando a underestimations do potencial real entrega de nariz-de-cérebro de um determinado medicamento.
Anestesia por inalação utilizando isoflurano (iniciação: 4%, manutenção: 2%) com uma inalação máscara para roedores ganhou uso difundido, com o objectivo de reduzir ou eliminar a dor associada com a cirurgia realizada em animais experimentais. O uso de máscaras torna relativamente simples para executar a administração de drogas típico em animais experimentais sob anestesia por inalação através das rotas subcutâneas, intraperitoneal e intravenosa. No entanto, no caso de administração intranasal, a máscara precisa ser temporariamente retirados os animais para a administração de drogas. Com manutenção abaixo dos 2% isoflurano, animais geralmente acordem rapidamente da anestesia por inalação. Quando o volume de administração por dose é grande, isso pode causar a solução de drogas a fluir da cavidade nasal para o esôfago, e, portanto, a única grande dose pode precisar ser dividido em várias doses menores para a administração intranasal de pequeno animais. Como administração intranasal exige a remoção da máscara para administração repetida e tempo suficiente para a entrega da cavidade nasal sustentado, há uma alta probabilidade de que os ratos iria acordar da anestesia durante o procedimento de administração. Isto torna muito difícil realizar a administração intranasal sob um estado anestésico estável e provavelmente contribui para a variação interindividual observada de nariz-de-cérebro entrega entre roedores.
Neste estudo, portanto, desenvolvemos dois métodos novos da administração intranasal estável sob anestesia por inalação, que impõem o mínimo de estresse físico dos animais experimentais. Para o primeiro método, usamos uma máscara temporariamente openable que permite a administração intranasal durante a anestesia por inalação. A parte openable da máscara incorpora um plug de silicone que pode ser usado em conformidade com o calendário de administração para facilitar a administração intranasal estável, com uma pipeta. Para o segundo método, uma cânula foi inserida cirurgicamente para passar do esôfago na cavidade nasal, e uma bomba de seringa depois foi anexada a este para que a solução da droga pode ser entregue diretamente e confiavelmente na cavidade nasal sob inalação estável anestesia. Esse método pode melhorar a entrega de drogas para o cérebro através da rota de nariz-de-cérebro, porque minimizando substancialmente os efeitos da MC, seria maior droga retentively na cavidade nasal. Além disso, descrevemos um método para avaliar quantitativamente os níveis de distribuição de drogas (% para o cérebro da dose injetada/g) no cérebro usando rádio-rotulado [14C]-inulina [peso molecular (MW): 5.000] como um substrato de modelo de solúvel em água macromoléculas.
Protocol
Representative Results
Discussion
A nariz-de-cérebro entrega de drogas deverá ter um efeito pronunciado sobre distúrbios do sistema nervoso central, porque esta via representa uma rota de transporte directo que ignora o BBB. Três diferentes vias de nariz-de-cérebro têm sido relatadas para data8. O primeiro é o percurso do nervo olfativo, que passa da mucosa olfativa na mucosa nasal para o cérebro através do nervo olfativo. O segundo é o caminho do nervo trigêmeo, que passa de mucosa respiratória na mucosa nasal até o …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudo foi suportado em parte a privada Universidade Branding projeto de pesquisa do MEXT; um subsídio para Research (C) científica (17 K 08249 [a T.K. e TS]) da sociedade para a promoção da ciência (JSPS); Japão um subsídio para investigação cooperativa de fundação para o avanço da bioquímica [de T.S.] e a Fundação de ciência Takeda Hamaguchi [a T.K.]. Agradecemos Sr. Yuya Nito e MS. Akiko Asami pela sua valiosa assistência técnica na condução dos experimentos.
Materials
| ddY mouse | Japan SLC, Inc. | Male, 4-6 weeks, 20-30 g | |
| Isoflurane | Pfizer | v002139 | |
| Isoflurane setup | SHINANO manufacturing CO. LTD. | SN-487-OTAir, SN-489-4 | |
| Isoflurane mask | SHINANO manufacturing CO. LTD. | For small rodents | |
| Isoflurane mask (Opneable type) | SHINANO manufacturing CO. LTD. | Special orders | |
| Anesthesia Box | SHINANO manufacturing CO. LTD. | SN-487-85-02 | |
| Animal experiments scissors-1 | NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. | B-27H | |
| Animal experiments scissors-2 | NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. | B-13H | |
| Tweezers-1 | FINE SCIENCE TOOLS Inc. | 11272-30 | Dumont #7 Dumoxel |
| Tweezers-2 | NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. | A-12-1 | |
| Cannula tube (PE-50) | Becton, Dickinson and Company. | 5069773 | I.D.: 0.58 mm, O.D.: 0.965 mm |
| Cannula tube (SP-10) | NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. | KN-392 | I.D.: 0.28 mm, O.D.: 0.61 mm |
| Shaver | MARUKAN, LTD. | DC-381 | |
| Stereoscopic microscope | Olympus Corporation | SZ61 | |
| Needle 27G 1/2 in 13 mm | TERUMO CORPORATION | NN-2738R | |
| 1 mL syringe | TERUMO CORPORATION | SS-01T | |
| Syringe pump | Neuro science | NE-1000 | |
| Cellulose membrane | Toyo Roshi Kaisya, Ltd. | 00011090 | |
| Micro spatula | Shimizu Akira Inc. | 91-0088 | |
| Micropipette (0.5-10 uL) | Eppendorf AG | Z368083 | |
| Pipette chip | Eppendorf AG | 0030 000.811 | |
| Tape | TimeMed Labeling System, Inc. | T-534-R | For fixing mouse |
| [14C]-Inulin | American Radiolabeled Chemicals Inc. | ARC0124A | 0.1 mCi/mL |
| EtOH | Wako Pure Chemical Industries, Ltd. | 054-00461 | |
| Liquid scintillation counter | Perkin Elmer Life and Analytical Sciences, Inc | Tri-Carb 4810TR |
Riferimenti
- Sakane, T., Yamashita, S., Yata, N., Sezaki, H. Transnasal delivery of 5-fluorouracil to the brain in the rat. Journal of Drug Targeting. 7 (3), 233-240 (1999).
- Illum, L. Transport of drugs from the nasal cavity to the central nervous system. European Journal of Pharmaceutical Science. 11 (1), 1-18 (2000).
- Hanson, L. R., Frey, W. H. Intranasal delivery bypasses the blood-brain barrier to target therapeutic agents to the central nervous system and treat neurodegenerative disease. BMC Neuroscience. 9 (Suppl 3), S5 (2008).
- Chapman, C. D., et al. Intranasal treatment of central nervous system dysfunction in humans. Pharmaceutical Research. 30 (10), 2475-2484 (2012).
- Kanazawa, T. Development of non-invasive drug delivery system to the brain for brain diseases therapy. Yakugaku-Zasshi. 138 (4), 443-450 (2018).
- Kozlovskaya, L., Abou-Kaoud, M., Stepensky, D. Quantitative analysis of drug delivery to the brain via nasal route. Journal of Controlled Release. 189, 133-140 (2014).
- Hirai, S., Yashiki, T., Matsuzawa, T., Mima, H. Absorption of drugs from the nasal mucosa of rat. International Journal of Pharmaceutics. 7 (4), 317-325 (1981).
- Lochhead, J. J., Thorne, R. G. Intranasal delivery of biologics to the central nervous system. Advances in Drug Delivery Reviews. 64 (7), 614-628 (2011).
- Lalatsa, A., Schatzlein, A. G., Stepensky, D. Strategies to deliver peptide drugs to the brain. Molecular Pharmaceutics. 11 (4), 1081-1093 (2014).
- Kanazawa, T. Brain delivery of small interfering ribonucleic acid and drugs through intranasal administration with nano-sized polymer micelles. Medical Devices. 8, 57-64 (2015).
- Kanazawa, T., et al. Enhancement of nose-to-brain delivery of hydrophilic macromolecules with stearate- or polyethylene glycol-modified arginine-rich peptide. International Journal of Pharmacology. 530 (1-2), 195-200 (2017).
- Kamei, N., et al. Effect of an enhanced nose-to-brain delivery of insulin on mild and progressive memory loss in the senescence-accelerated mouse. Molecular Pharmaceutics. 14 (3), 916-927 (2017).
- Suzuki, T., Oshimi, M., Tomono, K., Hanano, M., Watanabe, J. Investigation of transport mechanism of pentazocine across the blood-brain barrier using the in situ rat brain perfusion technique. Journal of Pharmaceutical Science. 91 (11), 2346-2353 (2002).
