Nye metoder for Intranasal administrasjon Under innånding anestesi evaluere nese-til-hjerne narkotika-leveranser
Summary
Her beskriver vi to nye metoder for stabil intranasal administrasjon under innånding anestesi med minimal fysisk stress for forsøksdyr. Vi også beskriver en metode for kvantitativ vurdering av narkotika distribusjon i hjernen via nese-til-hjerne veien ved hjelp av radiolabeled [14C]-inulin som en modell substrat av vannløselige makromolekyler.
Abstract
Intranasal administrasjonen har blitt rapportert å være en potensiell sti nese-til-hjerne levering av terapeutiske agenter som omgår blod – hjerne barrieren. Men har det vært noen rapporter om ikke bare den kvantitativ analyse, men også optimal administrasjon forhold og dosering regimer for undersøkelser av nese-til-hjerne levering. Begrenset fremdriften i forskning på nesen-til-hjerne veien mekanismer bruker gnagere representerer et betydelig hinder i designe nese-til-hjerne leveringssystemer for kandidaten narkotika.
For å få noe fremskritt i denne forbindelse, vi utviklet og evalueres to nye metoder for stabil intranasal administrasjon under innånding anestesi for forsøksdyr. Vi også beskriver en metode for vurdering av narkotika distribusjon nivåer i hjernen via nese-til-hjerne veien ved hjelp av radio-merket [14C]-inulin (molekylvekt: 5000) som en modell substrat av vannløselige makromolekyler.
I utgangspunktet utviklet vi en pipette-basert intranasal administrasjon protokoll som midlertidig kan åpnes masker, som mulig for oss å utføre pålitelig administrasjon dyr under stabil anestesi. Med dette systemet, [14C]-inulin kan leveres til hjernen med litt eksperimentell feil.
Deretter utviklet vi en intranasal administrasjon protokoll innebærer omvendt cannulation fra airway siden gjennom esophagus, som ble utviklet for å redusere effekten av mucociliary klaring (MC). Denne teknikken førte til betydelig høyere nivåer av [14C]-inulin, som ble kvantitativt oppdaget i Luktelappen, hjernen og forlengede marg, pipette-metoden. Dette synes å være fordi oppbevaring av narkotika løsningen i nesehulen ble vesentlig økt med aktive administrasjon med en sprøytepumpe i en retning motsatt MC i nesehulen.
Avslutningsvis kan de to metodene for intranasal administrasjon utviklet i denne studien forventes å være ekstremt nyttige teknikker for å vurdere farmakokinetikken i gnagere. Metoden omvendt cannulation spesielt kan være nyttig for å vurdere potensialet på nesen-til-hjerne levering av narkotika kandidater.
Introduction
Biomedicines som peptider, oligonucleotides og antistoffer er vurdert å ha potensielle program som roman terapeutiske agenter for ildfaste sentrale nervesystemet lidelser som har ingen helbredende terapi. Men fordi de fleste biomedicines er vannløselige makromolekyler, er levering fra blod til hjernen via intravenøse eller muntlig administrasjon ekstremt vanskelig på grunn av impedans på blod – hjerne barrieren (BBB).
De siste årene, har intranasal administrasjon blitt rapportert å være en potensiell sti nese-til-hjerne levering av terapeutiske agenter som unngår de BBB1,2,3,4,5. Imidlertid har det vært relativt få rapporter om kvantitativ analyse av nese-til-hjerne veien levering6. Videre har det vært nesten ingen rapporter på etablert optimal administrasjon forhold og dosering regimer, for eksempel volum, ganger, tidsperioder og hastighet, for undersøkelser av nese-til-hjerne levering. De nevnte manglene kan tilskrives årsaker: (i) en optimal metode for intranasal administrasjon for mus har ennå å bli etablert, og (ii) intranasal administrasjonen av pipettering, som vanligvis brukes, er vanligvis preget av interindividuelle variasjon blant dyr på grunn av mucociliary klaring (MC), og dermed ofte fører til underestimations av faktisk nese-til-hjerne levering potensialet i et bestemt medikament.
Innånding anestesi bruker isoflurane (innvielsen: 4%, vedlikehold: 2%) med en innånding maske for gnagere har fått utbredt bruk, med sikte på å redusere eller eliminere smerten forbundet med kirurgi utført på forsøksdyr. Bruk av masker gjør det relativt enkelt å utføre typisk drug administrasjonen i forsøksdyr under innånding anestesi via subkutan, intraperitoneal og intravenøs rutene. Imidlertid i intranasal administrasjon må masken fjernes midlertidig fra dyr narkotika administrasjon. Med vedlikehold under 2% isoflurane, dyr vanligvis vekke raskt innånding bedøvelsen. Når administrasjonen volumet per dose er stor, dette kan føre til narkotika løsningen å strømme fra nesehulen i spiserøret, og derfor en enkelt stor dose må deles inn i flere mindre doser for intranasal administrasjon til små dyr. Som intranasal administrasjon nødvendiggjør maske fjerning gjentatte administrasjon og tilstrekkelig tid for vedvarende nesehulen levering, er det en høy sannsynlighet for at mus ville vekke fra anestesi under administrasjon prosedyren. Dette gjør det svært vanskelig å utføre intranasal administrasjon under en stabil bedøvende tilstand, og bidrar sannsynligvis til den observerte interindividuelle varianten av nese-til-hjerne levering blant gnagere.
I denne studien utviklet vi derfor to nye metoder for stabil intranasal administrasjon under innånding anestesi, som pålegger minimal fysisk stress på forsøksdyr. For det første metoden brukte vi en midlertidig kan åpnes maske som gjør intranasal administrasjonen under innånding anestesi. Delen kan åpnes i masken inkorporerer en silikon plugg som kan brukes i henhold til administrasjon timing for å lette stabil intranasal administrasjon bruker en pipette. For den andre metoden, en kanyle kirurgisk ble satt inn for å passere fra spiserøret i nesehulen og en sprøytepumpe ble deretter festet til dette slik at stoffet løsningen kan direkte og pålitelig leveres i nesehulen under stabil innånding anestesi. Denne metoden kan øke tilførselen av narkotika til hjernen via nese-til-hjerne ruten, fordi av vesentlig minimere effekten av MC, stoffet retentively i nesehulen ville være bedre. I tillegg beskriver vi en metode for å vurdere kvantitativt narkotika distribusjon nivåer (% for injisert dose/g hjernen) i hjernen ved hjelp av radio-merket [14C]-inulin [molekylvekt (MW): 5000] som en modell substrat av vannløselige makromolekyler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nese-til-hjerne levering av legemidler er forventet å ha en uttalt effekt på sentralnervesystemet lidelser fordi denne veien representerer direkte transportvei som omgår BBB. Tre ulike nese-til-hjerne veier er rapportert til dato8. Først er olfactory nerve veien, som går fra olfactory mucosa i nasal mucosa til forebrain via på olfactory nerve. Andre er trigeminal nerve veien, som går fra luftveiene mucosa i nasal mucosa til hjernestammen i hindbrain via trigeminal nerve. Tredje er CSF veien…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble støttet delvis av Private universitetet merkevarebygging prosjektet fra MEXT; en Grant-in-Aid for vitenskapelige Research (C) (17 K 08249 [til T.K. og TS]) fra Japan Society for fremme av vitenskap (JSPER); stipend for samarbeidende forskning fra Hamaguchi Foundation for avansement i biokjemi [til T.S.], og Takeda Science Foundation [T.K.]. Vi takker Mr. Yuya Nito og Ms. Akiko Asami for deres verdifulle kundestøtte i gjennomfører eksperimenter.
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
- 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).
- Illum, L. Transport of drugs from the nasal cavity to the central nervous system. European Journal of Pharmaceutical Science. 11 (1), 1-18 (2000).
- 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).
- Chapman, C. D., et al. Intranasal treatment of central nervous system dysfunction in humans. Pharmaceutical Research. 30 (10), 2475-2484 (2012).
- Kanazawa, T. Development of non-invasive drug delivery system to the brain for brain diseases therapy. Yakugaku-Zasshi. 138 (4), 443-450 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lalatsa, A., Schatzlein, A. G., Stepensky, D. Strategies to deliver peptide drugs to the brain. Molecular Pharmaceutics. 11 (4), 1081-1093 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
