Name: 一次性充填机对治疗药物的肺吹入小动物 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 22 s
Description: 了解如何组装一次性气溶胶分散系统，用于向啮齿动物肺部输送干粉气溶胶。该方法使用经济易得的材料制作Dosator，可在五分钟内完成组装，支持结核病新疗法的药代动力学和药效学研究。

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作者谨此感谢美国国家过敏与传染病研究所为开展本研究提供的经费支持。

1. 计量装置组件的准备
<ol>
	<li>使用钻头或砂轮，或用锋利的剪刀简单研磨或剪切，将一个0.5 mL聚丙烯微量离心管的底部打孔。确保孔位于中心位置，直径不超过2 mm且不小于1 mm（图1）。</li>
	<li>在微量离心管的管盖顶部打孔。使用#22钻头（直径约4 mm），在管盖中心钻一个孔。此孔可适配推压式移液器头（图1）。</li>
	<li>准备需插入微量离心管中的细筛网。筛网由304不锈钢丝网制成，规格为60 × 60目，钢丝直径为0.0045&#34;。使用剪铁皮剪刀或模具冲压，将筛网裁剪或冲压成外径5 mm的圆形（图2）。</li>
</ol>
2. 加样器的组装
<ol>
	<li>使用镊子或钝头针的末端，将筛网插入微量离心管中，并将其压至管底，使其覆盖管口。这将用于在触发前支撑粉末。</li>
	<li>将微量离心管尖的窄端压入钝头针的末端。可通过手工或使用台式压机和导向装置完成。用乙醇轻轻擦拭针头顶部和管底，以清洁部件，确保形成紧密且牢固的连接。</li>
</ol>
3. 填充定量加样器
<ol>
	<li>使用分析天平，将装置去皮后，向给药器中加入所需量的粉末。用于分散的典型粉末质量范围为 1 至 10 mg。</li>
	<li>装填完毕后，用适量棉花和一对镊子塞住微量离心管顶部。这可以防止粉末被吸入注射器或掉落，同时允许气流通过给药器以分散粉末。</li>
	<li>盖紧微量离心管盖。</li>
	<li>若不立即使用，可用少量实验室封膜密封管口，以尽量减少粉末暴露于环境湿气中。注：通常，预装的给药器应根据活性药物成分（API）的储存要求进行保存。气雾粉末通常对湿气敏感，应置于干燥环境中储存。</li>
</ol>
4. 设备启动
<ol>
	<li>将注射器回抽至所需体积，具体体积可能因应用而异。在豚鼠的肺内给药中，使用 2 mL。分散效率与给药时输送的空气体积和速度以及粉末本身的分散特性相关7。剂量控制器顶部的孔适用于接头式注射器。若使用鲁尔锁式注射器，需配合转接器使用。</li>
	<li>将注射器插入剂量控制器的后端。</li>
	<li>将剂量控制器的针头端插入暴露室的给药口。用力推动注射器，使粉末从装置中喷出，直接进入动物体内、暴露室或分析仪器中（图 3）。</li>
</ol>

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<li>Hinds, W. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHinds%2C+WC+%22Aerosol+Technology%3A+Properties%2C+Behavior%2C+and+Measurement+of+Airborne+Particles%22">Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles</a>. , Wiley. (2012).</li>
<li>Islam, N., Gladki, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dry+powder+inhalers+%28DPIs%29-A+review+of+device+reliability+and+innovation%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Dry powder inhalers (DPIs)-A review of device reliability and innovation.</a> International Journal of Pharmaceutics. 360 (1-2), 1-11 (2008).</li>
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<li>Durham, P. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spray+Dried+Aerosol+Particles+of+Pyrazinoic+Acid+Salts+for+Tuberculosis+Therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">Spray Dried Aerosol Particles of Pyrazinoic Acid Salts for Tuberculosis Therapy.</a> Molecular Pharmaceutics. 12 (8), 2574-2581 (2015).</li>
<li>Sung, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dry+powder+nitroimidazopyran+antibiotic+PA-824+aerosol+for+inhalation%5BTitle%5D)+AND+%22Antimicrob+Agents+Chemother%22%5BJournal%5D)">Dry powder nitroimidazopyran antibiotic PA-824 aerosol for inhalation.</a> Antimicrob Agents Chemother. 53 (4), 1338-1343 (2009).</li>
<li>Guillon, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+delivery+of+dry+powders+to+rats%3A+tolerability+limits+of+an+intra-tracheal+administration+model%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Pharm%22%5BJournal%5D)">Pulmonary delivery of dry powders to rats: tolerability limits of an intra-tracheal administration model.</a> Int J Pharm. 434 (1-2), 481-487 (2012).</li>
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</ol>

部分药代动力学数据曾在波多黎各法哈多举行的2014年呼吸药物递送会议（Respiratory Drug Delivery 2014）上展示，而Dosator装置的图示及更多药代动力学数据则在佛罗里达州奥兰多举行的2015年美国药学科学家协会年会（American Association of Pharmaceutical Scientists 2015）上展示。

给药器产生的分散物适合动物通过被动式仅鼻呼吸接受治疗剂量，表明大部分气溶胶分散为初级粒子尺寸。这些给药器可用于经气管给药、粉末性能的体外评价，以及用于分析或有效性实验的常规干粉气溶胶分散。若用于肺内给药，必须根据所选物种使用适当体积的空气，因为肺过度膨胀可能导致组织损伤并干扰药代动力学结果。已有研究在豚鼠中使用5 mL的气量并采用类似装置10，但其他研究表明，单次给予2 mL空气即可导致大鼠出现肺损伤11。
由于组件成本较低且制备简便，这些给药装置可作为一次性耗材使用。相比之下，重复使用装置需要在每次给药后重新填充12，这会使动物实验操作变得复杂，并要求动物技术人员执行在大多数设施中难以顺利实施的任务。填充操作可在专门的剂量配制实验室中进行（配备天平、通风橱或手套箱以及支持向给药腔内精确称量小质量样品的设备），然后将样品转移至动物操作室，从而避免在同一实验室内同时进行这两项操作。当动物实验需要额外的生物安全控制时，这种分离...

新型治疗产品的开发需要在动物模型中进行有效性测试。肺部给药途径可用于药物的局部和全身递送1。干粉气溶胶的评估需要高效的分散机制，以在暴露室中维持高浓度，或用于直接经气管给药。尽管已有方法可实现动物对干粉气溶胶的被动吸入暴露，但大多数方法所需的粉末质量远超过实际递送剂量2。
这使得早期可行性研究难以开展，因为在研究或早期开发阶段可获得的药物量不足，无法满足传统气溶胶递送系统对剂量递送的要求。
在设计气溶胶药物产品时，空气动力学性能可直接关系到递送效率和疗效3。将粉末分散成气溶胶需要输入足够的能量以克服颗粒间的相互作用力，而颗粒工程方法可显著改善气溶胶性能4,5,6。我们开发了一种分散系统（给药器），可高效地将工程化干粉气溶胶化，用于直接肺部吸入、进入暴露系统或用于分析目的的气溶胶生成。

<table><tbody><tr><td>0.5 mL 微量离心管</td><td>VWR</td><td>89000-026</td><td></td></tr><tr><td>高流量颗粒过滤不锈钢丝网布，编织型，304 不锈钢，60 × 60 目，0.0045&quot; 丝径</td><td>McMaster Carr</td><td>9230T44</td><td></td></tr><tr><td>不锈钢 dispensing 针头，直型，18 号，1&quot; 长</td><td>McMaster Carr</td><td>75165A676</td><td>任何可接鲁尔接口的针头均可使用</td></tr><tr><td>脱脂棉球</td><td>McMaster Carr</td><td>54845T16</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M&amp;reg; 实验室封口膜</td><td>VWR</td><td>100229-550</td><td></td></tr><tr><td>黑色氧化高速钢标准钻头，22 号线规，总长 3-1/8&quot;，钻孔深度 1.8&quot;，135° 尖端角度</td><td>McMaster Carr</td><td>2901A195</td><td></td></tr></tbody></table>

用于小动物肺部药物吹入治疗的可弃式给药器

Disposable Dosators for Pulmonary Insufflation of Therapeutic Agents to Small Animals

新型治疗产品的开发需要在动物模型中进行有效性测试。肺部给药途径可用于实现药物的局部和全身递送。评估干粉气溶胶需要高效的分散机制，以在暴露室中维持高浓度，或用于直接经气管给药。虽然已有方法可使动物通过被动吸入接触干粉气溶胶，但大多数方法所需的粉末质量远超过实际递送剂量。这限制了早期可行性研究的开展，因为在研究或早期开发阶段，药物的供应量不足以满足传统气溶胶递送系统对剂量递送的要求。在设计气溶胶药物产品时，空气动力学性能可直接影响递送效率和疗效。将粉末分散成气溶胶需要输入足够的能量以克服颗粒间的相互作用力，而颗粒工程策略可显著改善气溶胶性能。我们开发了一种分散系统（递送装置），能够高效地将工程化干粉气溶胶雾化，用于直接肺部吹入、进入暴露系统的分散，或用于分析目的的气溶胶生成。

对于易于分散的粉末，例如旨在用于肺部给药而经喷雾干燥制备的粉末 5,8,9，计量装置可将一次剂量的药物从设备中释放出来。计量装置有多种应用，包括 体外 颗粒表征、活体动物直接肺内给药，以及用于被动吸入系统的气溶胶生成。
为了验证给粉器中粉末分散的效率，采用了一个先前构建的仅鼻部暴露染毒舱。该染毒舱的主要特点是具有较小的中央腔体和低气流，可实现较高的气溶胶浓度。给药舱由丙烯酸材料制成，中央气溶胶舱室直径为4英寸、长度为3英寸，并配有锥形鼻锥，用于评估被动吸入条件下的气溶胶暴露（图4）。
使用该系统在...

在开发用于肺部给药的药物时，有必要在动物模型中评估其药代动力学和疗效。本文介绍一种利用市售组件构建一次性气溶胶分散系统的方法，可用于向啮齿类动物递送肺内干粉气溶胶。

新治疗产品的开发需要在动物模型中进行有效性测试。可通过肺部给药途径递送……

本实验的总体目标是组装一种一次性气溶胶分散系统，用于干粉气溶胶的开发与评价。该技术针对药剂学和气溶胶科学中的关键问题，涉及与药代动力学相关的重要干粉气溶胶递送以及有效性测试，目前填补了一项尚未满足的需求。该技术的主要优势在于使用了由 readily available 材料制成的剂量装置（Dosators），这些材料易于获取且成本较低。一个显著的优势是，由于材料本身可丢弃，因此可以在危险环境中使用。首先，用直径为1至2毫米的工具在0.5毫升聚丙烯微量离心管底部打孔。接下来，使用22号钻头在微量离心管盖的中心钻一个直径约为4毫米的孔。从304不锈钢丝布上裁剪出一块60毫米×60毫米的网片，该网片应具有0.0045英寸的丝径和5毫米的外径。使用钝头针的末端将筛网插入微量离心管底部，使其覆盖管底的穿孔。然后，将微量离心管尖端的窄端用力压入针头末端，施加足够的压力使管尖牢固附着于针头而不损坏塑料。用乙醇轻轻清洁针头顶部和管底。在装配Dosator时保持其湿润状态有助于实现紧密贴合。尽管如此，必要时也可在部件连接后用实验室封口膜包裹材料以提供额外稳定性。使用分析天平称量后，将粉末装入Dosator中，并用镊子将棉塞插入微量离心管顶部。接着盖紧微量离心管盖，根据具体实验需求，将注射器活塞回抽至相应体积。然后将注射器插入Dosator的后端，同时将Dosator的针头端置于暴露室的给药口内，用力推动活塞，使粉末从装置中排出并进入暴露室内。给药室可由丙烯酸材料制成，包含一个长3英寸、直径4英寸的中心气溶胶仓，以及用于评估被动吸入气溶胶暴露的锥形鼻锥。在此代表性实验中，采用所示递送技术，将空气动力学质量中径为2.9微米的喷雾干燥药物粉末通过给药室给予豚鼠。每隔3分钟给予一次10毫克粉末，共给予5次，血浆最大浓度达到5微克/毫升，该浓度与采用标准方法经气管内给予1毫克/千克粉末所观察到的浓度相似，表明给药室粉末递送是一种能有效将粉末分散至初级粒径的递送方式。一旦熟练掌握该方法，若操作得当，Dosator 的组装和填充可在约五分钟内完成。该技术开发后，使肺部药物递送领域的研究人员能够在豚鼠疾病模型中探索新型结核病疗法。观看本视频后，您应能充分理解如何制备一次性 Dosator，用于工程化干粉气溶胶的分散。请务必注意，操作某些类型的机械设备可能存在危险，因此在使用这些设备时，应始终采取佩戴护目镜等安全防护措施。

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一次性充填机对治疗药物的肺吹入小动物

经气管灌注可将溶质直接递送至肺部。该操作旨在将灌注液输送至肺的远端区域，因此常被用于肺泡相关研究。我们提供了一套详细的小鼠经气管灌注存活实验操作方案。...

直接向小鼠肺部气管内灌注溶质

本视频介绍了一种支气管内给药方法，可将实验性药物选择性地递送至右侧和左侧远端肺组织。在本视频展示的实验方案中，我们将通过支气管内途径向小鼠给予博来霉素，以获得更理想的肺纤维化模型。...

支气管内给药：一种将实验药物选择性递送至小鼠肺部的技术

本视频展示了使用配备气溶胶发生器的吸入装置生成药物气溶胶，并通过鼻部限定暴露方式将这些气溶胶靶向递送至小鼠的方法。小鼠被固定在仅暴露鼻部的固定器中，并连接至吸入装置，使药物直接进入小鼠鼻腔。随后，药物经气管进入肺部。...

一种直接向小鼠肺部生成和递送药物气溶胶的技术

本文介绍了一种通过插管将博来霉素直接注入小鼠气管的快速简便方法。该方法的主要优点在于具有高度可重复性、易于掌握，且无需特殊设备或漫长的恢复时间。...

一种改进的小鼠气管快速插管方法

本文所述的吸入装置能够生成、采样表征，并在啮齿类动物肺部均匀沉积药物气溶胶。这使得能够在临床前评估沉积于肺部的药物剂量的有效性和安全性，为临床吸入药物开发提供关键数据。...

使用鼻部暴露系统向小鼠递送药物的干粉与雾化气溶胶吸入

在小鼠中进行实验物质的气管内（IT）给药时，常导致药物在远端肺部的分布不对称。  本报告中，我们描述了一种直接支气管内（IB）给药方法，可在不进行手术的情况下对活体小鼠的每侧肺进行插管。...

直接支气管内给药以提高小鼠肺部靶向药物的沉积选择性

用于吸入的干粉制剂在治疗呼吸系统疾病方面具有巨大潜力。在开展人体研究之前，有必要通过临床前研究评估干粉制剂的疗效。本文介绍了一种通过气管途径在小鼠中给药干粉的简单且无创的方法。...

小鼠气管内给药干粉制剂

我们描述了一种通过吸入式重症监护镇静装置使用卤化剂异氟烷和七氟烷对仔猪进行镇静后，由盐酸诱导的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）模型。该模型可用于研究卤化剂在肺损伤与修复中的生物学机制。...

通过重症监护室类型设备在猪急性呼吸窘迫综合征模型中输送卤化麻醉剂

将药物直接注入新生啮齿类动物气管的技术，对于研究局部给药的药物或生物制剂对新生儿肺部疾病的影响具有重要意义。此外，该方法还可用于在动物模型中诱导肺损伤。...

一种用于治疗新生啮齿类动物肺部疾病的微创气管内给药方法

药物干粉制剂的开发需要可靠的体内测试，通常采用小鼠模型。目前可用于向小鼠准确且可重复地递送干粉气溶胶的装置技术较为有限。本研究介绍了一次性给药器，可在与小鼠相关的剂量范围内实现肺部药物递送，有助于开展初步的概念验证研究。...

用于向小鼠递送干粉的可弃式剂量器

了解如何组装一次性气溶胶分散系统，用于向啮齿动物肺部输送干粉气溶胶。该方法使用经济易得的材料制作Dosator，可在五分钟内完成组装，支持结核病新疗法的药代动力学和药效学研究。

用于小动物肺部药物吹入治疗的可弃式给药器

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