الإدارة داخل الراشية لصياغة مسحوق جاف في الفئران
Summary
تركيبات مسحوق جاف للاستنشاق لديها إمكانات كبيرة في علاج أمراض الجهاز التنفسي. قبل الدخول في الدراسات البشرية ، من الضروري تقييم فعالية تركيبة المسحوق الجاف في الدراسات ما قبل السريرية. يتم تقديم طريقة بسيطة وغير باضعة لإدارة مسحوق جاف في الفئران من خلال الطريق داخل التراكشي.
Abstract
في تطوير تركيبات مسحوق جاف قابل للاستنشاق ، من الضروري تقييم أنشطتهم البيولوجية في نماذج الحيوانات قبل السريرية. تقدم هذه الورقة طريقة غير باضعة لتوصيل مسحوق جاف داخل التراكي في الفئران. يتم تقديم جهاز تحميل مسحوق جاف يتكون من هلام 200 ميكرولتر تحميل تلميح ماصة متصلة حقنة 1 مل عن طريق stopcock ثلاثية. يتم تحميل كمية صغيرة من مسحوق جاف (1-2 ملغ) في طرف ماصة وتفرقت من قبل 0.6 مل من الهواء في الحقنة. لأن نصائح ماصة هي المتاح وغير مكلفة، تركيبات مسحوق جاف مختلف يمكن تحميلها في نصائح مختلفة مقدما. ويمكن تقييم تركيبات مختلفة في نفس التجربة الحيوانية دون تنظيف الجهاز وإعادة ملء الجرعة، وبالتالي توفير الوقت والقضاء على خطر التلوث المتبادل من مسحوق المتبقية. يمكن فحص مدى تشتت المسحوق من خلال كمية المسحوق المتبقية في طرف ماصة. يتم تضمين بروتوكول التنبيب في الماوس مع مصدر ضوء حسب الطلب وقنية إرشادية. التنبيب السليم هو واحد من العوامل الرئيسية التي تؤثر على تسليم داخل التراكشية من تركيبة مسحوق جاف إلى منطقة الرئة العميقة من الماوس.
Introduction
يوفر مسار الإدارة الرئوي فوائد مختلفة في تقديم العلاجات لكل من الإجراءات المحلية والنظامية. لعلاج أمراض الرئة ، يمكن تحقيق تركيز المخدرات المحلية العالية عن طريق الولادة الرئوية ، وبالتالي تقليل الجرعة المطلوبة وخفض حدوث الآثار الجانبية الجهازية. وعلاوة على ذلك، فإن الأنشطة الأنزيمية منخفضة نسبيا في الرئة يمكن أن تقلل من التمثيل الغذائي للدواء قبل الأوان. الرئتين هي أيضا فعالة لامتصاص المخدرات للعمل الجهازية بسبب مساحة سطح كبيرة وجيدة التغلغل، وطبقة الخلايا الظهارية رقيقة للغاية وارتفاع حجم الدم في الشعيرات الدموية الرئوية1.
وقد تم على نطاق واسع استنشاق تركيبات مسحوق جاف للوقاية والعلاج من مختلف الأمراض مثل الربو، مرض الانسداد الرئوي المزمن، مرض السكري والتطعيم الرئوي2،3،4. الأدوية في الحالة الصلبة هي عموما أكثر استقرارا مما كانت عليه في شكل سائل، وأجهزة استنشاق مسحوق جاف هي أكثر المحمولة وسهلة الاستخدام من البخاخات5،6. في تطوير تركيبات مسحوق جاف استنشاقه، والسلامة، وملامح الدوائية والفعالية العلاجية تحتاج إلى تقييم في نماذج الحيوانات قبل السريرية بعد الإدارة الرئوية7. على عكس البشر الذين يمكن أن يستنشق مسحوق جاف بنشاط، تسليم الرئوية من مسحوق جاف للحيوانات الصغيرة يشكل تحديا. من الضروري وضع بروتوكول فعال لتوصيل مسحوق جاف إلى رئتي الحيوانات.
وتستخدم الفئران على نطاق واسع كنماذج حيوانية بحثية لأنها اقتصادية وتتكاثر بشكل جيد. كما أنها سهلة التعامل معها والعديد من نماذج المرض راسخة. هناك نهجان رئيسيان لإدارة المسحوق الجاف لرئة الفأر: الاستنشاق والإدارة داخل التراكشي. للاستنشاق ، يتم وضع الماوس في غرفة الجسم كله أو الأنف فقط حيث يتم الهباء الجوي مسحوق جاف والحيوانات تتنفس في الهباء الجوي دونتخدير 8،9. المعدات باهظة الثمن مطلوبة وكفاءة توصيل الأدوية منخفضة. في حين أن غرفة الجسم كله قد تكون أقل تحديا من الناحية الفنية ، فإن غرفة التعرض للأنف فقط يمكن أن تقلل من تعرض الأدوية لسطح الجسم. بغض النظر عن ذلك، فإنه لا يزال من الصعب السيطرة بدقة وتحديد الجرعة التي يتم تسليمها إلى الرئتين. يتم إيداع المسحوق الجاف بشكل رئيسي في منطقة البلعوم الأنفي حيث يكون إزالة المخاطية بارزا10. وعلاوة على ذلك، الفئران داخل الغرفة تتعرض لضغوط كبيرة خلال عملية الإدارة لأنها مقيدة ومحرومة من إمدادات الغذاء والمياه11. بالنسبة للإدارة داخل التراكشي ، فإنه يشير بشكل عام إلى إدخال المادة مباشرة إلى القصبة الهوائية. هناك تقنيتان مختلفتان لتحقيق ذلك: استئصال القصبة الهوائية والتنبيب القصبي. الأول يتطلب إجراء جراحيا يجعل شق في القصبة الهوائية، وهو الغازية ونادرا ما تستخدم لإدارة مسحوق. يتم وصف التقنية الثانية فقط هنا. بالمقارنة مع طريقة الاستنشاق ، فإن الإدارة داخل الوتر هي الطريقة الأكثر شيوعا للتسليم الرئوي في الماوس بسبب كفاءتها العالية في التسليم مع الحد الأدنى من فقدان الدواء12،13. بل هو وسيلة بسيطة وسريعة لتقديم بدقة كمية صغيرة من مسحوق في غضون بضعة ملليغرام إلى الماوس. على الرغم من أن الماوس هو تشريحيا وفسيولوجيا متميزة للبشر والتخدير مطلوب أثناء عملية التنبيب، والإدارة داخل التراتشي يتجاوز الجهاز التنفسي العلوي ويقدم وسيلة أكثر فعالية لتقييم الأنشطة البيولوجية لصياغة مسحوق جاف مثل امتصاص الرئة، والتوافر البيولوجي والآثار العلاجية14،15.
لإدارة مسحوق جاف intratracheally، يجب أن يتم تنبيب الماوس، والتي يمكن أن تكون صعبة. في هذه الورقة ، يتم وصف تصنيع مسحوق جاف مصنوع خصيصا وجهاز تنبيب. يتم توضيح إجراءات التنبيب وخنق المسحوق الجاف في رئة الفأر.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه الورقة، يتم تقديم أجهزة مصنوعة خصيصا لخنق مسحوق جاف والتنبيب داخل الوتر. في خطوة تحميل مسحوق، يتم تحميل مسحوق جاف في 200 ميكرولتر هلام تحميل ماصة تلميح. من المهم الاستفادة بلطف من طرف للسماح التعبئة فضفاضة من مسحوق في نهاية ضيقة من طرف. ومع ذلك، إذا كانت معبأة مسحوق بإحكام جدا، وسوف تت…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود أصحاب البلاغ أن يشكروا السيد راي لي والسيد إتش سي ليونغ والسيد والاس سو على مساعدتهم الكريمة في جعل مصدر الضوء ومسحوق النازح؛ ومرفق الكلية الأساسي للمساعدة في تصوير الحيوانات. وقد دعم هذا العمل مجلس منح البحوث، هونغ كونغ (17300319).
Materials
| BALB/c mouse | Female; 7-9 weeks old; Body weight 20-25 g | ||
| CleanCap Firefly Luciferase mRNA | TriLink Biotechnology | L-7602 | |
| Dry Powder Insufflator | PennCentury | Model DP-4M | |
| Ketamine 10% | Alfasan International B.V. | NA | |
| Light emitting diode (LED) torch | Unilite Internation | PS-K1 | |
| Mannitol (Pearlitol 160C) | Roquette | 450001 | |
| Non-filter round gel loading pipette tip (200 µL) | Labcon | 1034-800-000 | |
| Nylon floss | Reach | 30017050 | |
| One milliliter syringe without needle | Terumo | SS-01T | |
| Optical fibre | Fibre Data | OMPF1000 | |
| PEG12KL4 peptide | EZ Biolab | (PEG12)-KLLLLKLLLLKLLLLKLLLLK-NH2 | |
| Plastic Pasteur fine tip pipette | Alpha Labotatories | LW4061 | |
| Three-way stopcock | Braun | D201 | |
| Xylazine 2% | Alfasan International B.V. | NA | |
| Zerostat 3 anti-static gun | MILTY | 5036694022153 |
References
- Newman, S. P. Drug delivery to the lungs: challenges and opportunities. Therapeutic Delivery. 8 (8), 647-661 (2017).
- Setter, S. M., et al. Inhaled dry powder insulin for the treatment of diabetes mellitus. Clinical Therapeutics. 29 (5), 795-813 (2007).
- Muralidharan, P., Hayes, D., Mansour, H. M. Dry powder inhalers in COPD, lung inflammation and pulmonary infections. Expert Opinion on Drug Delivery. 12 (6), 947-962 (2015).
- de Boer, A. H., et al. Dry powder inhalation: past, present and future. Expert Opinion on Drug Delivery. 14 (4), 499-512 (2017).
- Das, S., Tucker, I., Stewart, P. Inhaled dry powder formulations for treating tuberculosis. Current Drug Delivery. 12 (1), 26-39 (2015).
- Okamoto, H., et al. Stability of chitosan-pDNA complex powder prepared by supercritical carbon dioxide process. International Journal of Pharmaceutics. 290 (1-2), 73-81 (2005).
- He, J., et al. Evaluation of inhaled recombinant human insulin dry powders: pharmacokinetics, pharmacodynamics and 14-day inhalation. Journal of Pharmacy and Pharmacology. 71 (2), 176-184 (2019).
- Durham, P. G., Young, E. F., Braunstein, M. S., Welch, J. T., Hickey, A. J. A dry powder combination of pyrazinoic acid and its n-propyl ester for aerosol administration to animals. International Journal of Pharmaceutics. 514 (2), 384-391 (2016).
- Phillips, J. E., Zhang, X., Johnston, J. A. Dry powder and nebulized aerosol inhalation of pharmaceuticals delivered to mice using a nose-only exposure system. JoVE (Journal of Visualized Experiments). (122), e55454 (2017).
- Nahar, K., et al. In vitro, in vivo and ex vivo models for studying particle deposition and drug absorption of inhaled pharmaceuticals). European Journal of Pharmaceutical Sciences. 49 (5), 805-818 (2013).
- Price, D. N., Muttil, P. Delivery of Therapeutics to the Lung. Methods in Molecular Biology. 1809, 415-429 (2018).
- Chang, R. Y. K., et al. Proof-of-Principle Study in a Murine Lung Infection Model of Antipseudomonal Activity of Phage PEV20 in a Dry-Powder Formulation. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 62 (2), (2018).
- Ito, T., Okuda, T., Takayama, R., Okamoto, H. Establishment of an Evaluation Method for Gene Silencing by Serial Pulmonary Administration of siRNA and pDNA Powders: Naked siRNA Inhalation Powder Suppresses Luciferase Gene Expression in the Lung. Journal of pharmaceutical sciences. 108 (8), 2661-2667 (2019).
- Patil, J. S., Sarasija, S. Pulmonary drug delivery strategies: A concise, systematic review. Lung India. 29 (1), 44-49 (2012).
- Ihara, D., et al. Histological Quantification of Gene Silencing by Intratracheal Administration of Dry Powdered Small-Interfering RNA/Chitosan Complexes in the Murine Lung. Pharmaceutical Research. 32 (12), 3877-3885 (2015).
- Qiu, Y., et al. Effective mRNA pulmonary delivery by dry powder formulation of PEGylated synthetic KL4 peptide. Journal of Controlled Release. 314, 102-115 (2019).
- Pfeifer, C., et al. Dry powder aerosols of polyethylenimine (PEI)-based gene vectors mediate efficient gene delivery to the lung. Journal of Controlled Release. 154 (1), 69-76 (2011).
- Kim, I., et al. Doxorubicin-loaded highly porous large PLGA microparticles as a sustained- release inhalation system for the treatment of metastatic lung cancer. Biomaterials. 33 (22), 5574-5583 (2012).
- Tonnis, W. F., et al. A novel aerosol generator for homogenous distribution of powder over the lungs after pulmonary administration to small laboratory animals. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 88 (3), 1056-1063 (2014).
- Hoppentocht, M., Hoste, C., Hagedoorn, P., Frijlink, H. W., de Boer, A. H. In vitro evaluation of the DP-4M PennCentury insufflator. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 88 (1), 153-159 (2014).
- Liao, Q., et al. Porous and highly dispersible voriconazole dry powders produced by spray freeze drying for pulmonary delivery with efficient lung deposition. International Journal of Pharmaceutics. 560, 144-154 (2019).
- Ito, T., Okuda, T., Takashima, Y., Okamoto, H. Naked pDNA Inhalation Powder Composed of Hyaluronic Acid Exhibits High Gene Expression in the Lungs. Molecular Pharmaceutics. 16 (2), 489-497 (2019).
- Chaurasiya, B., Zhou, M., Tu, J., Sun, C. Design and validation of a simple device for insufflation of dry powders in a mice model. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 123, 495-501 (2018).
