중추 신경계에 대한 생체 내 수초화 연구를위한 삼투압 펌프 기반 약물 전달

Summary

탈수초화는 여러 중추 신경계 질환에서 발생합니다. 신뢰할 수 있는 생체 내 약물 전달 기술은 약물 검사를 재수초화하는 데 필요합니다. 이 프로토콜은 뇌실질로 직접 장기간 약물 전달을 허용하고 약물 생체 이용률을 향상시키는 삼투압 펌프 기반 방법을 설명하며 수초화 연구에 광범위하게 적용됩니다.

Abstract

탈수초화는 다발성 경화증 (MS)뿐만 아니라 알츠하이머 병 및 자폐증과 같은 다른 중추 신경계 질환에서도 확인되었습니다. 수초화가 질병 증상을 효과적으로 개선 할 수 있다는 증거가 시사됨에 따라 미엘린 재생 과정을 촉진하기위한 약물 개발에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 따라서, 생체내에서 이들 약물의 효율 및 특이성을 시험하기 위해 영역-선택가능 및 결과-신뢰할 수 있는 약물 전달 기술이 요구된다. 이 프로토콜은 리솔레시틴-유도된 탈수초화 마우스 모델에서 새로운 약물 전달 접근법으로서 삼투압 펌프 임플란트를 도입한다. 삼투 펌프는 혈액 뇌 장벽 (BBB)을 우회하여 마우스 뇌의 특정 영역에 약물을 꾸준히 직접 전달할 수있는 작은 이식 가능한 장치입니다. 또한 짧은 반감기로 펩타이드 및 단백질과 같은 약물의 생체 이용률을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 따라서이 방법은 중추 신경계 미엘린 재생 연구 분야에 큰 가치가 있습니다.

Introduction

삼투 펌프는 작은 이식 가능한 용액 방출 장치입니다. 그것은 피하 또는 복강에 이식 할 때 전신 전달에 사용할 수 있습니다. 삼투 펌프의 표면은 반투과성 막이고 안쪽은 투과성 층입니다. 삼투압 펌프는 삼투층과 펌프가 이식되는 조직 환경 사이의 삼투압 차이를 이용하여 작동한다. 삼투층의 높은 삼투압은 조직 내의 물이 펌프 표면의 반투과성 막을 통해 삼투층으로 흐르게 한다. 삼투층은 펌프 내부의 유연한 저장소를 팽창시키고 압축하여 오랜 기간 동안 유연한 저장소에서 용액을 특정 속도로 대체합니다¹. 펌프는 세 가지 다른 저장소 부피, 100 μL, 200 μL 및 2 mL를 가지며, 전달 속도는 0.11 μL/h에서 10 μL/h까지 다양합니다. 선택한 펌프 유형에 따라 장치는 1 일에서 6 주²까지 작동 할 수 있습니다. 이 프로토콜에서는 14일 동안 작동할 수 있는 0.25μL/h의 이송 속도를 갖는 100μL 삼투 펌프가 사용됩니다.

1970 년대로 거슬러 올라가면, 삼투 펌프는 신경 과학 연구 ^3,4에 사용되었습니다. 예를 들어, Wei et al.은 약물 중독에 대한 연구에서 오피오이드 펩티드를 심실에 주입하는 삼투 펌프 접근법을 채택^{했습니다 3}. 지속적인 개선 후, 삼투 펌프는 이제 펩티드, 성장 인자, 중독성 약물, 호르몬, 스테로이드, 항체 등을 포함한 수천 가지 약물의 조절 된 전달에 대한 연구에 사용되었습니다. 또한 특수 카테터 (뇌 주입 키트)가 부착되어 있으면 척수, 뇌, 비장 및 간 ^5,6,7을 포함한 특정 조직 또는 장기에 표적 주입에 사용할 수 있습니다.

수초화에 대한 연구에서, 많은 약물들이 시험관 내에서 미엘린 재생을 촉진하는 것으로 밝혀졌지만, 대부분은 적절한 투여 방법의 부족으로 인해 생체내에서 유의한 효과를 달성하지 못했다. 복강내 주사, 피하주사, 위내 투여와 같은 전통적인 투여 방법은 약물의 생체이용률에 한계가 있다. 또한 일부 약물은 혈액 뇌 장벽 투과성이 좋지 않아 뇌 실질에 대한 접근을 방해합니다. 함께, 이러한 한계는 새로운 효율적인 전달 방법을 요구합니다. 뇌 주입 키트와 함께 삼투 펌프는 혈액 – 뇌 장벽을 우회하여 코퍼스 캘로섬에 직접 약물을 전달할 수 있으므로 약물의 생체 이용률을 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 특히 반감기가 짧은 일부 폴리펩티드 및 단백질 약물의 경우 특히 그렇습니다. 따라서, 새로운 약물 전달 기술로서 삼투압 펌프는 중추신경계 미엘린 재생 연구 분야에 큰 가치를 지닌다. 이 기술의 적용은 아래에서 상세히 소개될 것이다.

Protocol

모든 동물 절차는 세 번째 군사 의과 대학의 동물 복지 및 윤리위원회에서 승인 한 제도적 지침 및 프로토콜에 따라 수행되었습니다. 1. 리솔레시틴-유도된 탈수초화 마우스 모델의 확립 멸균 PBS로 1% 리솔시틴(L-α-Lysophosphatidylcholine이라고도 함) 용액을 준비합니다. 오토클레이브 살균으로 가위, 집게, 구부러진 지혈제 및 기타 수술 도구를 살균하십?…

Representative Results

미엘린 재생 연구에서 삼투압 펌프의 효과를 검증하기 위해, P56 마우스에서 리솔레시틴-유도 탈수초화 모델을 만든 다음, UM206(1.5 mL 0.9% 식염수 중 1 mg)을 함유하는 삼투압 펌프를 이식한 후, 반감기가 짧고 BBB 투과성이 떨어지는 펩티드가 최근 수초화를 촉진한다고 보고되었다10 . 0.9% 식염수를 대조군으로 사용하였다. 모델 확립 후 14일 후, 마우스를 4% 포름알데히드로 경심 관류?…

Discussion

이 프로토콜은 삼투압 펌프를 미엘린 재생 연구를위한 새로운 약물 전달 기술로 설명하며, 이는 약물을 치료 부위에 직접 전달하고 장기간 일관된 약물 전달을 허용하여 전체 실험 기간 동안 중추 신경계의 미세 환경에서 안정적인 약물 농도를 창출 할 수 있습니다. 다른 약물 전달 방법과 비교하여, 삼투압 펌프는 탈수초화 병변⁽¹³)에서 약물 농도를 유지하는 데 더 도움이 된다….

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