משלוח שחרור איטי תרופות דרך Elvax 40W לרשתית העכברוש: השלכות לטיפול במצבים כרוניים
Summary
מאמר זה מפרט כיצד Elvax 40W יכול לשמש כשיטת שחרור איטי לאספקת סמים לרשתית החולדה הבוגרת. הפרוטוקול להכנה, טעינה, ומספקים מורכב סמים שרף לעין מתואר.
Abstract
מחלות של הרשתית הן קשות לטיפול כרשתית נמצאת עמוק בתוך העין. שיטות פולשניות של משלוח סמים פעם נדרשות לטיפול במחלות אלה. מחלות רשתית כרוניות כגון בצקת או neovascularization רשתית בדרך כלל דורשות זריקות תוך עיניות מרובות כדי לטפל במצב בצורה יעילה. עם זאת, הסיכונים הכרוכים בזריקות אלה יגדלו עם משלוח חוזר ונשנה של התרופה. לכן, שיטות משלוח חלופיות צריכה להיות הוקמו כדי למזער את הסיכונים של reinjection. כמה חקירות אחרות פיתחו שיטות לאספקת תרופות לאורך זמן ממושך, באמצעות חומרים המסוגלים שחרור כימיקלים לאט לתוך העין. בחקירה זו, אנו מתארים את השימוש בElvax 40W, שרף קופולימר, לפעול ככלי להעברת תרופות לרשתית החולדה הבוגרת. השרף הוא עשה ועמוס בסמים. מורכב סמים השרף מושתל אז לתוך חלל הזגוגית, שבו היא תשחרר לאט את התרופה מעל tiשלי. שיטה זו נבדקה באמצעות 2-אמינו-4-phosphonobutyrate (APB), אנלוגי גלוטמט שחוסם את תגובת האור של הרשתית. זה הודגם כי APB שוחרר לאט מהשרף, והיה מסוגל לחסום את תגובת הרשתית על ידי 7 ימים לאחר השתלה. זה מצביע על כך משלוח סמים שחרור איטי באמצעות שרף קופולימר זה הוא יעיל לטיפול ברשתית, ויכולים לשמש טיפולי עם בדיקות נוספות.
Introduction
הטיפול במחלות כרוניות כמו סוכרת ולחץ דם גבוה מציבה בפנינו אתגרים רבים, כמו מחלות אלה בדרך כלל דורשים טיפול לתקופות ממושכות של זמן, לעתים קרובות לכל חיים. זה נקרא לפיתוח מערכות למתן תרופות שחרור האיטי, המקטין את הצורך במינון תכוף. יעילותן של שיטות שחרור איטיות אלה הודגמה באמצעות הפיתוח של משאבות אינסולין, כדי להפחית את מספר זריקות אינסולין הנדרש לטיפול בסוכרת. מחלות כרוניות של העין, במיוחד אלה המשפיעים על השכבות הפנימיות שלה, דורשים את המתן התכוף של תרופות באמצעות הליכים פולשניים. מחלה כרונית אחת כזו המשפיעה על העין האנושית היא ניוון מקולרי גיל קשור (AMD). זה משפיע על הרשתית המרכזית, שהיא שכבה של רקמה עצבית הממוקמת בחלק האחורי של העין אחראית על ייזום חזון. AMD הוא הגורם המוביל לעיוורון בעולם המערבי 1. אתגר מיוחד בטיפול מחדשהמחלות tinal היא שנדרשת לתרופה להגיע שכבה עמוקה זו בעיניים, אשר לעתים קרובות דורשת שיטות פולשניות של משלוח. תרופות בדרך כלל מנוהלות לתא הזגוגית והרשתית באמצעות זריקות זגוגית. עם זאת, עם כל זריקה יש סיכון לסיבוכי postinjection, כולל אנדופתלמיטיס, היפרדות רשתית, קטרקט והדימום זגוגי 2. סיכון זה מוכפל עם כל reinjection של התרופה.
הקטנת הצורך של זריקות מרובות תהיה יתרון עיקרי בטיפול בAMD. לטיפול בצורה הרטובה של AMD, שבו צמיחת כלי חדשה היא סימן היכר, האסטרטגיה הטיפולית שהוקמה היא למקד את גורמי אנדותל הצמיחה (VEGF) באמצעות מעכבי VEGF 3. נכון לעכשיו, אלה מועברים באמצעות זריקות זגוגית חוזרות ונשנות. באופן דומה, בטיפול בבצקת מקולרית, סיבוך שכיח של רטינופתיה סוכרתית, סטרואידים מועברים באמצעות זריקות חוזרות ונשנות <sעד> 4. משלוח של תרופות אלה באמצעות שיטות שחרור איטיות אכן יכול להפחית את הסיכון לסיבוכי postinjection.
הרעיון של מערכת אספקת הסמים שחרור איטית תואר לראשונה שימוש ברכב גומי סיליקון, כדי לספק מולקולות קטנות לתוך הרקמות של בעלי חיים 5. מאז, שיטות שחרור איטיות אחרות פותחו כדי לספק מולקולות גדולות יותר, כמה מהם נבדקו בעין. ספקי חלקיקים, כגון microspheres מתכלה, poly-lactide-CO-glycolide חלקיקים (PLGA) ושלפוחית פוספוליפידים (יפוזומים) יכולים להיות שימושיים ככלי רכב משלוח 6,7. חלקיקי PLGA ויפוזומים כבר הושוו בסביבה במבחנה ליכולת שלהם לספק סוכנים אנטי סרטניים על פני לובן העין לאורך זמן 7. שני כלי הרכב היו יעילים בשחרור לאט הסמים. עם זאת, המחקר נערך רק בסביבה במבחנה. Bochot et al. (2002) 8 נבדקוהיעילות של יפוזומים להחדיר מולקולות לרשתית in vivo. הם הוכיחו כי ליפוזומים לספק בהצלחה oligonucleotides הקטן ברשתית עין הארנב. המחברים טען כי ליפוזומים יכולים להיות מועילים בטיפול במחל רשתית 8. עם זאת, הטבע של שלפוחית אלה לצוף בזגוגית אומר שסביר להניח שהם לטשטש או לפגוע בראייה 9.
Okabe et al. (2003) 10 להשתמש בדיסקי פולימר מתכלה שאינם מורכבים מ33% אצטט אתילן ויניל ליישם beta-methasone בארנבות. הם מושתלים דיסקים לתוך כיס scleral והפגינו לשחרור היעיל של התרופה לתוך הזגוגית והרשתית לעד חודש 10. עם זאת, בפרוטוקול ספציפי זה, השתל היה גדול יחסית ונוקשה, ונדרש הליך כירורגי מורכב יותר הכוללים חתך scleral גדול ותפירה.
מחקר מוקדם יותר נחקר tissuתגובת דואר לכלי רכב פולימר שונים על ידי השתלה אותם לתוך הקרנית של עיני ארנב, ומצאה כי קופולימרים אצטט אתילן ויניל נשטפו באלכוהול לא לגרום לדלקת או גירוי. מתחמים אלה הוצגו כדי לקיים את המסירה של תרכובות גדולות יותר לרקמות של בעלי חיים לתקופות ממושכות של זמן, כמה עולה עד 100 ימים תלויים בתרופה 11. סוג אחד כזה של שרף קופולימר פותח תעשייתי בצורה של Elvax 40W (40% על ידי תוכן comonomer אצטט משקל אתילן ויניל עם תוסף אמיד 'W' כדי לשפר את הטיפול גלולה). שרף קופולימר זה חומר אינרטי שהוא יציב בשני חדרים וטמפרטורת גוף. זה לא הוכח לגרום לאלרגיות או רעיל ברקמות ביולוגיות. שרף זה למעשה סיפק מגוון גדול של תרופות במודלי ניסויים שונים שיחקרו את הפונקציות של מערכות שונות, כגון מערכת החלב ductal 12, שמיעתי הקליפה העיקרית 13,14 </ Sup>, וצפרדע מערכת ראייה 15. שרף זה שימש גם בעין, כדי לספק תרופות לפיתוח צב 16,17, עובר עוף 18,19, וחמוס מבוגר רשתיות 20. במערכת העצבים המרכזית החולדה, השרף יש רק שימש במוח 21-23, אך השימוש בו בעין של החולדה לא תועד.
היתרונות של שימוש בשרף קופולימר זה כדי לספק תרופות לאט לרשתית על פני שיטות אחרות, הוא שזה הוא תרכובת יציבה שאינו גורם לדלקת או גירוי בעין. בניגוד למנשא חלקיקים, מורכב סמים השרף לא לפגוע בראייה לאחר השתלה, כפי שבדרך כלל נשאר באתר של משלוח במקום צף בזגוגית. זה רק היה דורש תהליך השתלה פשוט לתוך חלל הזגוגית הקרוב לימבוס של העין, ולא דורש תפירה לאחר השתלה. לאחרונה, חלה עלייה במספר מערכות אספקת רומן, כגוןטכנולוגיית תא במארז (ECT) 24,25, הידרוג 26, ומיקרופילמים 27. עם זאת, השיטה ששמשה במחקר הנוכחי להכנה ואספקה מורכבת סמים שרף היא גם קלה לעקוב ולא יקר, ובכך להיות יתרון נוסף לשימוש בסביבת מחקר בסיסית. האתגר של שימוש מורכב זה כדי לספק טיפולים תרופתיים לטווח הארוך הוא לקבוע את הריכוז האופטימלי של התרופה שיהיה למקסם את היתרונות הטיפוליים שיש זריקות זגוגית פחות.
מאמר זה נועד להדגים את השימוש במתחם הסמים השרף לטיפול לטווח ארוך של רשתית החולדה הבוגרת. היעילות של מצב של משלוח זה נבדקה באמצעות 2-אמינו-4-phosphonobutyrate האנלוגי גלוטמט (APB) כתרופה. בלוקים APB תגובת האור של התאים דו קוטביים על ידי חיקוי גלוטמט, מוליך עצבי אנדוגני ב28 הרשתית. כאשר APB מתחרה עם גלוטמט לרצפטור שלו, חוסם את הניהול התאורהתגובה לא. APB נעשה שימוש במחקרים פיסיולוגיים לשליטה בתפקוד רשתית ולמדוד את השפעתו תוך שימוש בשיטות אלקטרו כגון electroretinography (ERG). במחקרים קודמים, APB היה בשימוש כבר הקצר טווח 29 וטיפול לטווח הארוך של הרשתית המתפתחת; האחרון מעורב נותן מנה אחת באמצעות הזרקה תוך עינית יומית ל30 ימים 30. אותה הכמות של APB (0.092 מ"ג בתמיסת מלח סטרילית, בריכוז של 50 מיקרומטר) שימשה לכל הזריקות כפי שהוצעה ב28,29,31 עבודה קודמות. בחרנו APB לבדוק מורכב סמים שרף ככלי בשחרור איטי, כדי לספק תרופות לעין. השיטות שתוארו במחקר זה דומות לשיטות שתוארו קודם לכן היו מעורבות בהכנה של תרופות השרף המורכב 16,32; עם זאת אנו גם פירוט את השימוש בו באופן ספציפי בעין של החולדה הבוגרת. לאחר השתלה כירורגית של השרף הטעון APB לתוך העין, ERG בוצע כדי לקבוע אם APB מבטל את rתגובת אור etinal, ולכן אם APB כבר פורסם בהצלחה לתוך הזגוגית ורשתית.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מדגים את השימוש בתרופה מורכב שרף עבור משלוח השחרור האיטי של תרופות לרשתית. אנחנו אמורים להציג את שיטה שבה היא זול יחסית וקל ליישום במודל של בעלי חיים קטנים.
בהתחשב בכך שהפונקציה של APB היא לפעול כאנלוגי גלוטמט, זה יחסום את ת?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the Australian Research Council through the ARC Centre of Excellence in Vision Science (CE0561903), the National Health and Medical Research Council (1049990), and Progetto regionale speciale multiasse ‘Reti per l’Alta Formazione’ – PO FSE Abruzzo 2007-2013 – Azione 4.II.iii.
Materials
| Elvax 40W Pellets | Du Pont, DE, USA | ||
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | ||
| 2-amino-4-phosphonobutyric acid (APB) | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | A1910 | |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | 34856 | |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | ||
| Drierite, calcium sulfate | Sigma-Aldrich Co. LLC., MO, USA | 238910 | |
| Ketamine, Ilium Ketamil | Troy Laboratories Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Xylazine, Ilium Xylazil-20 | Troy Laboratories Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Atropine Sulphate, Minims eye drops | Bausch & Lomb Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Tetracaine Hydrochloride, Minims eye drops | Bausch & Lomb Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Chloramphenicol, Chlorsig ointment | Aspen Pharma Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Pentobarbital, Lethabarb | Virbac Australia Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Lignocaine Hydrochloride, Ilium Lignocaine-20 | Troy Laboratories Pty. Ltd., NSW, Australia | ||
| Uni-Core Punch Tool | World Precision Instruments Inc., FL, USA | ||
| Curved Forceps | World Precision Instruments Inc., FL, USA | ||
| Operating Microscope, Zeiss OPMI 99 | Zeiss, West Germany | ||
| 25G Insulin Needle | Terumo Corp., Tokyo, Japan | ||
| Dumont Tweezers | World Precision Instruments Inc., FL, USA |
References
- Access Economics, . The global economic cost of visual impairment. AMD Alliance International. , 26-27 (2010).
- Jager, R., Aiello, L., Patel, S., Cunningham, E. Risks of intravitreous injection: A comprehensive review. Retina. 24 (5), 676-698 (2004).
- Rosenfeld, P. J., et al. Ranibizumab for neovascular age-related macular degeneration. New England Journal of Medicine. 355 (14), 1419-1431 (2006).
- Cunningham, M. A., Edelman, J. L., Kaushal, S. Intravitreal steroids for macular edema: The past, the present, and the future. Survey of Ophthalmology. 53 (2), 139-149 (2008).
- Folkman, J., Long, D. M. The use of silicone rubber as a carrier for prolonged drug therapy. Journal of Surgical Research. 4 (3), 139-142 (1964).
- Herrero-Vanrell, R., Refojo, M. F. Biodegradable microspheres for vitreoretinal drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 52 (1), 5-16 (2001).
- Kim, E., et al. Human scleral diffusion of anticancer drugs from solution and nanoparticle formulation. Pharmaceutical Research. 26 (5), 1155-1161 (2009).
- Bochot, A., et al. Intravitreal delivery of oligonucleotides by sterically stabilized liposomes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 43 (1), 253-259 (2002).
- Bochot, A., Fattal, E. Liposomes for intravitreal drug delivery: A state of the art. Journal of Controlled Release. 161 (2), 628-634 (2012).
- Okabe, K., Kimura, H., Okabe, J., Kato, A., Kunou, N., Ogura, Y. Intraocular tissue distribution of betamethasone after intrascleral administration using a non-biodegradable sustained drug delivery device. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 44 (6), 2702-2707 (2003).
- Langer, R., Folkman, J. Polymers for the sustained release of proteins and other macromolecules. Nature. 263 (5580), 797-800 (1976).
- Silberstein, G. B., Daniel, C. W. Elvax 40P implants: Sustained, local release of bioactive molecules influencing mammary ductal development. 발생학. 93 (1), 272-278 (1982).
- Smith, A. L., et al. An investigation of the role of auditory cortex in sound localization using muscimol-releasing Elvax. European Journal of Neuroscience. 19 (11), 3059-3072 (2004).
- Anomal, R., De Villers-Sidani, E., Merzenich, M. M., Panizzutti, R. Manipulation of BDNF signaling modifies the experience-dependent plasticity induced by pure tone exposure during the critical period in the primary auditory cortex. PloS one. 8 (5), e64208 (2013).
- Tu, S., Butt, C. M., Pauly, J. R., Debski, E. A. Activity-dependent regulation of substance P expression and topographic map maintenance by a cholinergic pathway. The Journal of Neuroscience. 20 (14), 5346-5357 (2000).
- Sernagor, E., Grzywacz, N. M. Influence of spontaneous activity and visual experience on developing retinal receptive fields. Current Biology. 6 (11), 1503-1508 (1996).
- Leitch, E., Coaker, J., Young, C., Mehta, V., Sernagor, E. GABA type-A activity controls its own developmental polarity switch in the maturing retina. The Journal of Neuroscience. 25 (19), 4801-4805 (2005).
- Park, C. M., Hollenberg, M. J. Basic fibroblast growth factor induces retinal regeneration in vivo. 발생학. 134 (1), 201-205 (1989).
- Whitsel, A. I., Johnson, C. B., Forehand, C. J. An in ovo chicken model to study the systemic and localized teratogenic effects of valproic acid. Teratology. 66 (4), 153-163 (2002).
- Prusky, G. T., Ramoa, A. S. Novel method of chronically blocking retinal activity. Journal of Neuroscience Methods. 87 (1), 105-110 (1999).
- Colonnese, M. T., Constantine-Paton, M. Chronic NMDA receptor blockade from birth increases the sprouting capacity of ipsilateral retinocollicular axons without disrupting their early segregation. The Journal of Neuroscience. 21 (5), 1557-1568 (2001).
- Oliveira-Silva, P., et al. Matrix metalloproteinase-9 is involved in the development and plasticity of retinotectal projections in rats. Neuroimmunomodulation. 14 (3-4), 144-149 (2007).
- Trindade, P., et al. Evidence for a role of calcineurin in the development of retinocollicular fine topography. Neuroscience Letters. 487 (1), 47-52 (2011).
- Kauper, K., et al. Two-year intraocular delivery of ciliary neurotrophic factor by encapsulated cell technology implants in patients with chronic retinal degenerative diseases. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 53 (12), 7484-7491 (2012).
- Birch, D. G., Weleber, R. G., Duncan, J. L., Jaffe, G. J., Tao, W. Randomized of ciliary neurotrophic factor delivered by encapsulated cell intraocular implants for retinitis pigmentosa. American Journal of Ophthalmology. 156 (2), 283-292 (2013).
- Rauck, B. M., et al. Biocompatible reverse thermal gel sustains the release of intravitreal bevacizumab in vivo. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 55 (1), 469-476 (2014).
- Liu, Y. C., Peng, Y., Lwin, N. C., Venkatraman, S. S., Wong, T. T., Mehta, J. S. A biodegradable, sustained-released, prednisolone acetate microfilm drug delivery system effectively prolongs corneal allograft survival in the rat keratoplasty model. PloS one. 8 (8), e70419 (2013).
- Slaughter, M. M., Miller, R. F. 2-amino-4-phosphonobutyric acid: a new pharmacological tool for retina research. Science. 211 (4478), 182-185 (1981).
- Bodnarenko, S., Jeyarasasingam, G., Chalupa, L. Development and regulation of dendritic stratification in retinal ganglion cells by glutamate-mediated afferent activity. The Journal of Neuroscience. 15 (11), 7037-7045 (1995).
- Deplano, S., Gargini, C., Maccarone, R., Chalupa, L. M., Bisti, S. Long-term treatment of the developing retina with the metabotropic glutamate agonist APB induces long-term changes in the stratification of retinal ganglion cell dendrites. Dev Neurosci. 26 (5-6), 396-405 (2004).
- Horton, J., Sherk, H. Receptive field properties in the cat’s lateral geniculate nucleus in the absence of on-center retinal input. The Journal of Neuroscience. 4 (2), 374-380 (1984).
- Smith, A. L., Cordery, P. M., Thompson, I. D. Manufacture and release characteristics of Elvax polymers containing glutamate receptor antagonists. Journal of Neuroscience Methods. 60 (1), 211-217 (1995).
- Gargini, C., Bisti, S., Demontis, G. C., Valter, K., Stone, J., Cervetto, L. Electroretinogram changes associated with retinal upregulation of trophic factors: observations following optic nerve section. 신경과학. 126 (3), 775-783 (2004).
- Maccarone, R., Di Marco, S., Bisti, S. Saffron supplement maintains morphology and function after exposure to damaging light in mammalian retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (3), 1254-1261 (2008).
- Tsai, T., Bui, B., Vingrys, A. Dimethyl sulphoxide dose-response on rat retinal function. Documenta Ophthalmologica. 119 (3), 199-207 (2009).
