Summary

Nieuwe methoden voor intranasale toediening onder inademing verdoving te evalueren van de neus-naar-Brain Drug Delivery

Published: November 14, 2018
doi:

Summary

Hier beschrijven we twee nieuwe methoden van stabiele intranasale toediening onder inademing verdoving met minimale fysieke stress voor proefdieren. Ook beschrijven we een methode voor kwantitatieve beoordeling van drug distributie niveaus in de hersenen via de neus-aan-hersenen pathway met behulp van radiolabeled [14C]-inuline als model substraat van in water oplosbare macromoleculen.

Abstract

Intranasale toediening is gemeld als een mogelijke weg voor de neus-naar-brain levering van therapeutische agenten die de bloed – hersenbarrière omzeilt. Echter zijn er enkele verslagen met betrekking tot niet alleen de kwantitatieve analyse, maar ook het beheer van de optimale voorwaarden en dosering van regimes voor onderzoek van de neus-naar-brain levering. De beperkte vooruitgang in onderzoek naar mechanismen van de neus-naar-brain traject met behulp van knaagdieren vertegenwoordigt een aanzienlijke belemmering op het gebied van het ontwerpen van de neus-naar-brain afgiftesystemen voor kandidaat-drugs.

Om te krijgen wat vooruitgang in dit opzicht, wij ontwikkeld en geëvalueerd van twee nieuwe methoden van stabiele intranasale toediening onder inademing verdoving voor proefdieren. Ook beschrijven we een methode voor de beoordeling van de drug distributie niveaus in de hersenen via de neus-aan-hersenen pathway met behulp van radio-geëtiketteerden [14C]-inuline (moleculair gewicht: 5.000) als substraat model van in water oplosbare macromoleculen.

Aanvankelijk, ontwikkelden we een pipet gebaseerde intranasale administratie-protocol met behulp van tijdelijk openable maskers, waardoor ons voor het uitvoeren van betrouwbare toediening aan dieren onder stabiele verdoving. Met behulp van dit systeem, [14C]-inuline kon worden verstuurd naar de hersenen met weinig experimentele fout.

Later ontwikkelden we een intranasale toediening protocol inhoudt van omgekeerde cannulation van de kant van de luchtwegen door de slokdarm, die werd ontwikkeld om te minimaliseren van de effecten van mucociliary klaring (MC). Deze techniek heeft geleid tot aanzienlijk hogere niveaus van [14C]-inuline, die kwantitatief werd ontdekt in de bulbus olfactorius cerebrum en de medulla oblongata, dan de pipetteermethode. Dit lijkt te zijn omdat de handhaving van de drug-oplossing in de neusholte werd aanzienlijk verhoogd door actieve administratie met behulp van een injectiespuit pomp in een richting tegenovergesteld aan de MC in de neusholte.

Kortom, de twee methoden voor intranasale toediening ontwikkeld in deze studie kunnen worden verwacht dat uiterst nuttige technieken voor de beoordeling van de farmacokinetiek bij knaagdieren. De omgekeerde cannulation methode, in het bijzonder zou kunnen nuttig zijn voor de beoordeling van het volledige potentieel van de neus-naar-brain levering van drugkandidaten.

Introduction

Biomedicines zoals peptiden, oligonucleotides en antilichamen worden beschouwd als potentiële toepassing als nieuwe therapeutische agenten voor vuurvaste centraal zenuwstelsel-stoornissen die momenteel geen curatieve therapie hebben. Omdat de meeste biomedicines wateroplosbaar macromoleculen zijn, is levering uit het bloed naar de hersenen via de intraveneuze of orale toediening echter zeer moeilijk als gevolg van de impedantie van de bloed – hersenbarrière (BBB).

In de afgelopen jaren is intranasale toediening gemeld als een mogelijke weg voor de neus-naar-brain levering van therapeutische agenten die de BBB1,2,3,4,5 vermijdt. Er zijn echter relatief weinig meldingen met betrekking tot de kwantitatieve analyse van neus-aan-hersenen pathway levering6. Bovendien zijn er vrijwel geen verslagen over vastgestelde optimale administratie voorwaarden en doseren regimes, zoals volume, times, periodes, en snelheid, voor onderzoek van de neus-naar-brain levering. De genoemde tekortkomingen kunnen worden toegeschreven aan de volgende redenen: (i) een optimale wijze van intranasale toediening voor muizen nog moet worden vastgesteld, en (ii) intranasale toediening door pipetteren, die over het algemeen wordt gebruikt, wordt doorgaans gekenmerkt door de variatie van de interindividual onder de dieren als gevolg van mucociliary klaring (MC), waardoor het vaak leidt tot underestimations van het potentieel van de feitelijke levering van neus-tot-brein van een bepaald geneesmiddel.

Inademing verdoving met behulp van Isofluraan (Inleiding: 4%, onderhoud: 2%) met een inademing masker voor knaagdieren heeft opgedaan wijdverbreide gebruik, met het doel van het verminderen of elimineren van de pijn geassocieerd met chirurgie uitgevoerd op proefdieren. Het gebruik van maskers maakt het relatief eenvoudig om uit te voeren van typische drug administration bij proefdieren onder inademing verdoving via de subcutane, intraperitoneaal en intraveneuze routes. In het geval van intranasale toediening moet het masker echter worden tijdelijk verwijderd uit de dieren voor drug administration. Met onderhoud onder 2% Isofluraan, dieren meestal ontwaken snel van inademing verdoving. Wanneer het volume van de administratie per dosis groot is, hierdoor kan de oplossing van de drug van de neusholte stromen naar de slokdarm, en dus een enkele grote dosis wellicht worden opgesplitst in meerdere kleinere doses voor intranasale toediening aan kleine dieren. Zoals intranasale toediening noodzakelijk masker verwijderen voor herhaalde toediening en voldoende tijd voor duurzame neusholte levering is, is er een grote kans dat muizen van verdoving tijdens de administratieve procedures ontwaken zou. Dit maakt het erg moeilijk om uit te voeren intranasale toediening onder een stabiele toestand van verdoving, en waarschijnlijk draagt bij tot de waargenomen interindividual variatie van de neus-naar-brain levering onder knaagdieren.

In deze studie ontwikkeld wij daarom twee nieuwe methodes van stabiele intranasale toediening onder inademing verdoving, die minimale fysieke belasting van de proefdieren opleggen. Voor de eerste methode gebruikten we een tijdelijk openable masker waarmee intranasale toediening tijdens inademing verdoving. Het openable gedeelte van het masker bevat een siliconen plug die om stabiele intranasale toediening met behulp van een precisiepipet overeenkomstig administratie timing kan worden gebruikt. Voor de tweede methode, een canule is operatief ingevoegd om het passeren van de slokdarm in de neusholte en een spuitpomp werd vervolgens gekoppeld aan dit zodat de drug oplossing kon worden direct en betrouwbaar bezorgd in de neusholte onder stabiele inademing anesthesie. Deze methode kan het verbeteren van de levering van drugs in de hersenen via de neus-naar-brain-route, omdat door het aanzienlijk het minimaliseren van de effecten van MC, drug retentively in de neusholte zou worden verbeterd. Daarnaast beschrijven we een methode voor het uitrekenen kwantitatief drug distributie niveaus (% voor de ingespoten dosis/g hersenen) in de hersenen met behulp van radio-geëtiketteerden [14C]-inuline [molecuulgewicht (MW): 5.000] als een model substraat van in water oplosbare macromoleculen.

Protocol

Deze dierlijke studie (#AP17P004) werd uitgevoerd overeenkomstig de richtsnoeren die zijn goedgekeurd door de Nihon Universiteit Animal Care en gebruik Comité (Tokyo, Japan). Deze studie (#17-0001) werd goedgekeurd door het midden van de isotoop van de School voor farmacie, Nihon Universiteit. 1. dieren die worden gebruikt voor intranasale toediening onder inademing verdoving Het huis van de experimentele muizen in roestvrij stalen kooien onder een 12-h licht/donker cyclus (licht op…

Representative Results

Figuur 3 toont de [14C]-inuline niveaus (ID % ⁄g hersenen) in de bulbus olfactorius (A) hersenen (B) en de medulla oblongata (C) verkregen met behulp van de twee soorten intranasale toediening beoordeeld in de huidige studie. Intranasale toediening met behulp van het pipet methode ingeschakeld levering van [14C]-inuline in de hersenen met behulp van openable inademing maskers (Figuur 1). Onder inademing ve…

Discussion

De neus-naar-brain levering van drugs naar verwachting hebben een uitgesproken invloed op het centrale zenuwstelsel-stoornissen omdat dit traject vertegenwoordigt een rechtstreekse vervoer route die rondwegen van de BBB. Drie verschillende routes van de neus-naar-brain zijn bij datum8gemeld. De eerste is de bulbus zenuwtraject, die van de olfactorische mucosa in de nasale mucosa naar de reukkolf via de bulbus zenuw loopt. De tweede is het pad van de nervus trigeminus, die van de respiratoire mucos…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Deze studie werd gedeeltelijk ondersteund door de particuliere universiteit Branding onderzoeksproject van MEXT; een Grant-in-Aid voor wetenschappelijke Research (C) (17 K 08249 [naar T.K. en T.S.]) van de Japan Society voor de bevordering van de wetenschap (JSPS); een subsidie voor coöperatief onderzoek van de Hamaguchi-Stichting voor de vooruitgang van Biochemie [naar T.S.], en de Takeda Science Foundation [naar T.K.]. Wij danken de heer Yuya Nito en Ms. Akiko Asami voor hun waardevolle technische bijstand bij de uitvoering van de experimenten.

Materials

ddY mouse Japan SLC, Inc. Male, 4-6 weeks, 20-30 g
Isoflurane Pfizer v002139
Isoflurane setup SHINANO manufacturing CO. LTD. SN-487-OTAir, SN-489-4
Isoflurane mask SHINANO manufacturing CO. LTD. For small rodents
Isoflurane mask (Opneable type) SHINANO manufacturing CO. LTD. Special orders
Anesthesia Box SHINANO manufacturing CO. LTD. SN-487-85-02
Animal experiments scissors-1 NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. B-27H
Animal experiments scissors-2 NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. B-13H
Tweezers-1 FINE SCIENCE TOOLS Inc. 11272-30 Dumont #7 Dumoxel
Tweezers-2 NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. A-12-1
Cannula tube (PE-50) Becton, Dickinson and Company. 5069773 I.D.: 0.58 mm, O.D.: 0.965 mm
Cannula tube (SP-10) NATSUME SEISAKUSHO CO., LTD. KN-392 I.D.: 0.28 mm, O.D.: 0.61 mm
Shaver MARUKAN, LTD. DC-381
Stereoscopic microscope Olympus Corporation SZ61
Needle 27G 1/2 in 13 mm TERUMO CORPORATION NN-2738R
1 mL syringe TERUMO CORPORATION SS-01T
Syringe pump Neuro science NE-1000
Cellulose membrane Toyo Roshi Kaisya, Ltd. 00011090
Micro spatula Shimizu Akira Inc. 91-0088
Micropipette (0.5-10 uL) Eppendorf AG Z368083
Pipette chip Eppendorf AG 0030 000.811
Tape TimeMed Labeling System, Inc. T-534-R For fixing mouse
[14C]-Inulin American Radiolabeled Chemicals Inc. ARC0124A 0.1 mCi/mL
EtOH Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 054-00461
Liquid scintillation counter Perkin Elmer Life and Analytical Sciences, Inc Tri-Carb 4810TR

Referências

  1. Sakane, T., Yamashita, S., Yata, N., Sezaki, H. Transnasal delivery of 5-fluorouracil to the brain in the rat. Journal of Drug Targeting. 7 (3), 233-240 (1999).
  2. Illum, L. Transport of drugs from the nasal cavity to the central nervous system. European Journal of Pharmaceutical Science. 11 (1), 1-18 (2000).
  3. Hanson, L. R., Frey, W. H. Intranasal delivery bypasses the blood-brain barrier to target therapeutic agents to the central nervous system and treat neurodegenerative disease. BMC Neuroscience. 9 (Suppl 3), S5 (2008).
  4. Chapman, C. D., et al. Intranasal treatment of central nervous system dysfunction in humans. Pharmaceutical Research. 30 (10), 2475-2484 (2012).
  5. Kanazawa, T. Development of non-invasive drug delivery system to the brain for brain diseases therapy. Yakugaku-Zasshi. 138 (4), 443-450 (2018).
  6. Kozlovskaya, L., Abou-Kaoud, M., Stepensky, D. Quantitative analysis of drug delivery to the brain via nasal route. Journal of Controlled Release. 189, 133-140 (2014).
  7. Hirai, S., Yashiki, T., Matsuzawa, T., Mima, H. Absorption of drugs from the nasal mucosa of rat. International Journal of Pharmaceutics. 7 (4), 317-325 (1981).
  8. Lochhead, J. J., Thorne, R. G. Intranasal delivery of biologics to the central nervous system. Advances in Drug Delivery Reviews. 64 (7), 614-628 (2011).
  9. Lalatsa, A., Schatzlein, A. G., Stepensky, D. Strategies to deliver peptide drugs to the brain. Molecular Pharmaceutics. 11 (4), 1081-1093 (2014).
  10. Kanazawa, T. Brain delivery of small interfering ribonucleic acid and drugs through intranasal administration with nano-sized polymer micelles. Medical Devices. 8, 57-64 (2015).
  11. Kanazawa, T., et al. Enhancement of nose-to-brain delivery of hydrophilic macromolecules with stearate- or polyethylene glycol-modified arginine-rich peptide. International Journal of Pharmacology. 530 (1-2), 195-200 (2017).
  12. Kamei, N., et al. Effect of an enhanced nose-to-brain delivery of insulin on mild and progressive memory loss in the senescence-accelerated mouse. Molecular Pharmaceutics. 14 (3), 916-927 (2017).
  13. Suzuki, T., Oshimi, M., Tomono, K., Hanano, M., Watanabe, J. Investigation of transport mechanism of pentazocine across the blood-brain barrier using the in situ rat brain perfusion technique. Journal of Pharmaceutical Science. 91 (11), 2346-2353 (2002).
check_url/pt/58485?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Kanazawa, T., Fukuda, M., Suzuki, N., Suzuki, T. Novel Methods for Intranasal Administration Under Inhalation Anesthesia to Evaluate Nose-to-Brain Drug Delivery. J. Vis. Exp. (141), e58485, doi:10.3791/58485 (2018).

View Video