Osmotische pomp-gebaseerde medicijnafgifte voor in vivo remyelinisatieonderzoek op het centrale zenuwstelsel

Summary

Demyelinisatie vindt plaats bij meerdere ziekten van het centrale zenuwstelsel. Een betrouwbare in vivo medicijnafgiftetechniek is noodzakelijk voor het remyeliniseren van drugstests. Dit protocol beschrijft een op osmotische pomp gebaseerde methode die langdurige medicijnafgifte rechtstreeks in het hersenparenchym mogelijk maakt en de biologische beschikbaarheid van het geneesmiddel verbetert, met brede toepassing in remyelinisatieonderzoek.

Abstract

Demyelinisatie is niet alleen geïdentificeerd bij multiple sclerose (MS), maar ook bij andere ziekten van het centrale zenuwstelsel, zoals de ziekte van Alzheimer en autisme. Omdat er aanwijzingen zijn dat remyelinisatie de ziektesymptomen effectief kan verbeteren, is er een toenemende focus op de ontwikkeling van geneesmiddelen om het myelineregeneratieproces te bevorderen. Er is dus een regio-selecteerbare en resultaat-betrouwbare medicijnafgiftetechniek nodig om de efficiëntie en specificiteit van deze geneesmiddelen in vivo te testen. Dit protocol introduceert het osmotische pompimplantaat als een nieuwe benadering van medicijnafgifte in het door lysolecithine geïnduceerde demyelinisatiemuismodel. De osmotische pomp is een klein implanteerbaar apparaat dat de bloed-hersenbarrière (BBB) kan omzeilen en geneesmiddelen gestaag en direct aan specifieke delen van de muizenhersenen kan leveren. Het kan ook effectief de biologische beschikbaarheid van geneesmiddelen zoals peptiden en eiwitten met een korte halfwaardetijd verbeteren. Daarom is deze methode van grote waarde op het gebied van onderzoek naar myelineregeneratie van het centrale zenuwstelsel.

Introduction

De osmotische pomp is een klein implanteerbaar apparaat dat de oplossing loslaat. Het kan worden gebruikt voor systemische toediening wanneer het subcutaan of in de buikholte wordt geïmplanteerd. Het oppervlak van de osmotische pomp is een semi-permeabel membraan en de binnenkant is een doorlatende laag. De osmotische pomp werkt door gebruik te maken van het osmotische drukverschil tussen de osmotische laag en de weefselomgeving waar de pomp wordt geïmplanteerd. De hoge osmolaliteit van de osmotische laag zorgt ervoor dat het water in het weefsel via het semi-permeabele membraan op het pompoppervlak in de osmotische laag stroomt. De osmotische laag zet uit en comprimeert het flexibele reservoir in de pomp, waardoor de oplossing gedurende een bepaalde tijd met een bepaalde snelheid uit het flexibele reservoir wordt verplaatst¹. De pomp heeft drie verschillende reservoirvolumes, 100 μL, 200 μL en 2 ml, met hun leveringssnelheden variërend van 0,11 μL / h tot 10 μL / h. Afhankelijk van het geselecteerde pomptype kan het apparaat werken van 1 dag tot 6 weken². In dit protocol wordt een osmotische pomp van 100 μL met een overdrachtssnelheid van 0,25 μL/h gebruikt die 14 dagen kan werken.

In de jaren 1970 werd de osmotische pomp gebruikt in neurowetenschappelijk onderzoek ^3,4. Wei et al. namen bijvoorbeeld de osmotische pompbenadering over om opioïde peptiden in de ventrikel te injecteren in een onderzoek naar drugsverslaving³. Na continue verbetering is de osmotische pomp nu gebruikt in de studie van de gecontroleerde afgifte van duizenden geneesmiddelen, waaronder peptiden, groeifactoren, verslavende geneesmiddelen, hormonen, steroïden, antilichamen, enzovoort. Bovendien kan het, met speciale katheters (Brain Infusion Kits) bevestigd, worden gebruikt voor gerichte infusie naar specifieke weefsels of organen, waaronder het ruggenmerg, de hersenen, de milt en de lever ^5,6,7.

In de studie van remyelinisatie is aangetoond dat veel geneesmiddelen myelineregeneratie in vitro bevorderen, maar de meeste hebben in vivo geen significante effecten bereikt, mogelijk vanwege het ontbreken van een geschikte toedieningsmethode. Traditionele toedieningsmethoden zoals intraperitoneale injectie, subcutane injectie en intragastrische toediening hebben beperkingen in de biologische beschikbaarheid van de geneesmiddelen. Bovendien hebben sommige geneesmiddelen een slechte bloed-hersenbarrièredoorlaatbaarheid, wat hun toegang tot het hersenparenchym ondermijnt. Samen vragen deze beperkingen om een nieuwe efficiënte leveringsmethode. In combinatie met de herseninfuuskits kunnen osmotische pompen de bloed-hersenbarrière omzeilen en geneesmiddelen rechtstreeks aan het corpus callosum leveren, wat de biologische beschikbaarheid van geneesmiddelen effectief verbetert, vooral voor sommige polypeptide- en eiwitgeneesmiddelen met een korte halfwaardetijd. Daarom is de osmotische pomp als nieuwe medicijnafgiftetechniek van grote waarde op het gebied van myelineregeneratieonderzoek van het centrale zenuwstelsel. De toepassing van deze techniek zal hieronder in detail worden geïntroduceerd.

Protocol

Alle dierprocedures werden uitgevoerd volgens institutionele richtlijnen en protocollen die zijn goedgekeurd door de dierenwelzijns- en ethische commissie van de Derde Militaire Medische Universiteit. 1. Vaststelling van het door lysolecithine geïnduceerde demyelinisatiemuismodel Bereid 1% lysolecithine (ook wel L-α-Lysophosphatidylcholine) oplossing met steriele PBS. Steriliseer scharen, tangen, gebogen hemostaat en andere chirurgische instrumenten door …

Representative Results

Om het effect van de osmotische pomp in myelineregeneratieonderzoek te verifiëren, werd een door lysolecithine geïnduceerd demyelinisatiemodel gemaakt bij P56-muizen, gevolgd door implantatie van osmotische pompen met UM206 (1 mg in 1,5 ml 0,9% zoutoplossing), een peptide met een korte halfwaardetijd en slechte BBB-permeabiliteit waarvan onlangs is gemeld dat het remyelinisatiebevordert 10 . 0,9% zoutoplossing werd gebruikt als controle. Veertien dagen na de modelopstelling werden muizen transca…

Discussion

Dit protocol beschrijft de osmotische pomp als een nieuwe medicijnafgiftetechniek voor myelineregeneratieonderzoek, die geneesmiddelen rechtstreeks op de behandelingsplaats kan afleveren en een consistente medicijnafgifte gedurende een langere periode mogelijk maakt, waardoor een stabiele medicijnconcentratie in de micro-omgeving van het centrale zenuwstelsel ontstaat gedurende de gehele experimentele duur. In vergelijking met andere toedieningsmethoden voor geneesmiddelen is de osmotische pomp meer bevorderlijk voor het…

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