Farelere kuru toz verilmesi için tasarlanmış tek kullanımlık dozlayıcılar
Summary
Farmasötik kuru toz geliştirme, genellikle bir fare modeli kullanılarak güvenilir in vivo testler gerektirir. Kuru toz aerosollerin farelere doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde iletilmesi için cihaz teknolojisi kısıtlanmıştır. Bu çalışma, fareyle ilgili dozlarda pulmoner ilaç dağıtımı için tek kullanımlık dozlayıcılar sunarak ilk kavram kanıtı araştırmasına yardımcı olur.
Abstract
Kuru toz inhalerleri, kararlı katı hal ilaç formülasyonları, cihaz taşınabilirliği, bolus ölçümü ve dozlaması ve itici gazsız bir dağıtma mekanizması dahil olmak üzere ilaçların akciğerlere iletilmesi için çok sayıda avantaj sunar. Farmasötik kuru toz aerosol ürünleri geliştirmek için sağlam in vivo testler şarttır. Tipik olarak, ilk çalışmalar, daha büyük hayvan türlerinde resmi çalışmalar yapmadan önce ön değerlendirme için bir fare modeli kullanmayı içerir. Bununla birlikte, bu yaklaşımdaki önemli bir sınırlama, kuru tozları küçük hayvanlara doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde iletmek için uygun cihaz teknolojisinin olmaması ve bu tür modellerin kullanışlılığını engellemesidir. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, fareler için uygun dozlarda kuru tozların intrapulmoner verilmesi için özel olarak tek kullanımlık şırınga dozlayıcıları geliştirilmiştir. Bu dozlayıcılar, tek tip bir yığın yoğunluklu toz yatağından elde edilen önceden belirlenmiş miktarda tozu yükler ve teslim eder. Bu ayrık kontrol, toz yatağına sabit bir derinliğe (kurcalama) kör bir iğne sokularak ve her seferinde sabit bir miktar çıkarılarak elde edilir. Özellikle, bu dozajlama modelinin bir dizi püskürtülerek kurutulmuş toz için etkili olduğu kanıtlanmıştır. Dört farklı model püskürtülerek kurutulmuş toz içeren deneylerde, dozlayıcılar 30 ila 1100 μg aralığında dozlara ulaşma yeteneğini gösterdi. Elde edilen doz, tampon sayısı, dozatör iğnesinin boyutu ve kullanılan spesifik formülasyon gibi faktörlerden etkilenmiştir. Bu dozatörlerin en önemli faydalarından biri, üretim kolaylığıdır, bu da onları ilk kavram kanıtlama çalışmaları sırasında farelere kuru tozlar vermek için erişilebilir ve uygun maliyetli hale getirir. Dozlayıcıların tek kullanımlık yapısı, yeniden kullanılabilir sistemlerin ve tartım malzemelerinin temizlenmesi ve yeniden doldurulmasının sakıncalı olduğu hayvan prosedür odalarında kullanımı kolaylaştırır. Bu nedenle, tek kullanımlık şırınga dozlayıcılarının geliştirilmesi, kavram kanıtlama çalışmaları için murin kuru toz dağıtımında önemli bir engeli ele almış ve araştırmacıların pulmoner ilaç dağıtımı için küçük hayvan modellerinde daha doğru ve tekrarlanabilir ön çalışmalar yapmalarını sağlamıştır.
Introduction
Pulmoner ilaç dağıtımı için kuru toz inhalerlerin (DPI’lar) kullanımı, kloroflorokarbon itici gazların 1,2 küresel olarak aşamalı olarak kullanımdan kaldırılması nedeniyle son otuz yılda büyük ilgi görmüştür. DPI’lar, formülasyon stabilitesi, taşınabilirlik, kullanım kolaylığı ve itici gazsız dağılım mekanizmaları dahil olmak üzere, ölçülü doz inhalerleri ve nebülizörler gibi diğer pulmoner dağıtım sistemlerine göre çok sayıda fayda sunar2. Bununla birlikte, DPI ürünlerini klinik çeviriye taşımadan önce, birçoğu başlangıçta bir fare modeli kullanılarak tamamlanan birkaç klinik öncesi çalışma yapılmalıdır. Bununla birlikte, kuru tozları küçük hayvanlara doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde vermek için mevcut teknolojiler sınırlıdır.
Fareler gibi küçük hayvanlara kuru tozlar vermenin yaygın yöntemleri arasında pasif inhalasyon 3,4,5,6,7 ve doğrudan uygulama 8,9,10,11,12,13 bulunur. Pasif inhalasyon tipik olarak, yeterli bir aerosol bulutu hazırlamak için büyük dozlarda püskürtülerek kurutulmuş toz kullanan özel bir oda gerektirir. Fareler zorunlu burun solunumları14 olduğundan, pasif inhalasyon yoluyla teslimat, tozun akciğerlere ulaşmak için burun ve boğazdan geçmesini gerektirir, bu da yeterli partikül aerodinamik özelliklerine sahip bir aerosol bulutunun korunmasını gerektirir 7,8. Normal solunumun bir sonucu olarak solunması nedeniyle doğrudan doğumdan fizyolojik olarak daha ilgili olan yararlı bir teknik14 olsa da, toz kütlesinin sınırlı olduğu ilk çalışmalar için uygun olmayabilir.
Alternatif olarak, doğrudan kuru toz dağıtımı için bir dizi intratrakeal dağıtım cihazı bildirilmiştir 8,9,10,11,12,13. İntratrakeal cihazlar burun ve boğazı atlayarak tozu doğrudan akciğerlere iletir ve verilen doz üzerinde daha ince kontrol sağlar14. Ek olarak, bazı cihazlar, özellikle bir sıkıştırma yükleme prosedürü9 kullanılarak hazırlananlar, daha küçük miktarlarla hazırlanabilir, bu da ilk kavram kanıtlama çalışmaları için önemli bir husustur. Evrensel olarak temin edilebilen intratrakeal dağıtım cihazlarının eksikliği, kullanım potansiyellerini engellemiş, kullanılabilirliği sınırlamış ve laboratuvarlar arası farklılıklara yol açmıştır14. Bu çalışmada, kuru toz aerosollerin geliştirilmesinde kavram kanıtı murin çalışmaları için kullanılabilecek intratrakeal dağıtım için basit, ucuz, tek kullanımlık bir dozatör öneriyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fareler zorunlu burun solunumu olduğundan, ilk kavram kanıtlama çalışmaları için pasif inhalasyon yoluyla verilmesi, tozun partikül özelliklerine ve toz dağılım verimliliğine bağlı bir şekilde burun ve boğazdan geçmesi gerektiğinden verimliliği ve doz tahminini zorlaştırır 7,8,14. Burada geliştirilen dozlayıcıların kullanımı, ilk bronşiyal çatallanmaya9 yerleştiril…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, Ulusal Sağlık Enstitüleri’nden (R01AI155922) fon almak istemektedir. Mikroskopi, Ulusal Nanoteknoloji Koordineli Altyapı’nın bir parçası olarak Ulusal Bilim Vakfı, Grant ECCS-1542015 tarafından desteklenen Kuzey Carolina Araştırma Üçgeni Nanoteknoloji Ağı’nın (RTNN) bir üyesi olan Chapel Hill Analitik ve Nanofabrikasyon Laboratuvarı’nda (CHANL) gerçekleştirildi.
Materials
| 0.6 mL microcentrifuge tubes | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Analytical balance | Mettler Toledo | AR1140 | Any analytical balance with sufficient range can be used |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 21 G | McMaster-Carr | 75165A681 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 22 G | McMaster-Carr | 75165A683 | |
| Blunt stainless-steel needle, 1 inch, 25 G | McMaster-Carr | 75165A687 | |
| Disposable syringe with luer lock (1 mL) | Fisher Scientific | 14-823-30 | 3-mL syringes can also be used |
| Female BALB/c mice | Charles River, Wilmington, MA, USA | ||
| High-performance cascade impactor | Next Generation Impactor | Apparatus 5 | |
| Lab film (e.g., Parafilm) | Fisher Scientific | S37440 | |
| Low-lint wiper (e.g., Kimwipes) | Kimberly-Clark Professional | 34133 | |
| Low-resistance dry powder inhaler | RS01 mod 7 | ||
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 16 G | McMaster-Carr | 6934A111 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 18 G | McMaster-Carr | 6934A53 | |
| Polypropylene needle, 1.5 inch, 20 G | McMaster-Carr | 6934A55 | |
| Precision sectioning saw | TedPella | 812-300 | Belt sander can be used as an alternative |
| PTFE needle, 2 inch, 20 G | McMaster-Carr | 75175A694 | |
| USP General Chapter <601> | http://www.uspbpep.com/usp31/v31261/usp31nf26s1_c601.asp |
Referências
- Wu, X., Li, X., Mansour, H. M. Surface analytical techniques in solid-state particle characterization for predicting performance in dry powder inhalers. KONA Powder and Particle Journal. 28, 3-18 (2010).
- Maloney, S. E., Mecham, J. B., Hickey, A. J. Performance testing for dry powder inhaler products: towards clinical relevance. KONA Powder and Particle Journal. 40, 172-185 (2023).
- Maloney, S. E., et al. Spray dried tigecycline dry powder aerosols for the treatment of nontuberculous mycobacterial pulmonary infections. Tuberculosis. 139, 102306 (2023).
- Kaur, J., et al. A hand-held apparatus for "nose-only" exposure of mice to inhalable microparticles as a dry powder inhalation targeting lung and airway macrophages. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 34 (1), 56-65 (2008).
- Yi, J., et al. Whole-body nanoparticle aerosol inhalation exposures. Journal of Visualized Experiments. (75), e50263 (2013).
- Chung, Y. H., Han, J. H., Lee, Y. -. H. A study on subchronic inhalation toxicology of 1-chloropropane. Toxicological Research. 31 (4), 393-402 (2015).
- Kuehl, P. J., et al. Regional particle size dependent deposition of inhaled aerosols in rats and mice. Inhalation Toxicology. 24 (1), 27-35 (2012).
- Manser, M., et al. Design considerations for intratracheal delivery devices to achieve proof-of-concept dry powder biopharmaceutical delivery in mice. Pharmaceutical Research. 40, 1165-1176 (2023).
- Stewart, I. E., et al. Development and characterization of a dry powder formulation for anti-tuberculosis drug spectinamide 1599. Pharmaceutical Research. 36 (9), 136 (2019).
- Durham, P. G., et al. Disposable dosators for pulmonary insufflation of therapeutic agents to small animals. Journal of Visualized Experiments. (121), e55356 (2017).
- Miwata, K., et al. Intratracheal administration of siRNA dry powder targeting vascular endothelial growth factor inhibits lung tumor growth in mice. Molecular Therapy: Nucleic Acids. 12, 698-706 (2018).
- Duret, C., et al. Pharmacokinetic evaulation in mice of amorphous itraconazole-based dry powder formulations for inhalation with high bioavailability and extended lung retention. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 86 (1), 46-54 (2014).
- Maloney, S. E., et al. Preparation strategies of the anti-mycobacterial drug bedaquiline for intrapulmonary routes of administration. Pharmaceuticals. 16 (5), 729 (2023).
- Price, D. N., Kunda, N. K., Muttil, P. Challenges associated with the pulmonary delivery of therapeutic dry powders for preclinical testing. KONA Powder and Particle Journal. 36, 129-144 (2019).
- Qiu, Y., Liao, Q., Chow, M. Y. T., Lam, J. K. W. Intratracheal administration of dry powder formulation in mice. Journal of Visualized Experiments. (161), e61469 (2020).
- Fiegel, J., et al. Preparation and in vivo evaluation of a dry powder for inhalation of capreomycin. Pharmaceutical Research. 25 (4), 805-811 (2008).
