用于将干粉输送给小鼠的一次性给药器

摘要

药物干粉开发需要可靠的 体内 测试，通常使用小鼠模型。用于准确和可重复地将干粉气溶胶输送给小鼠的设备技术受到限制。本研究介绍了用于小鼠相关剂量的肺部药物递送的一次性给药器，有助于初步的概念验证研究。

摘要

干粉吸入器在将药物输送到肺部方面具有许多优势，包括稳定的固态药物制剂、设备便携性、推注计量和剂量以及无推进剂的扩散机制。为了开发药用干粉气雾剂产品，稳健 的体内 测试至关重要。通常，初步研究涉及在对大型动物物种进行正式研究之前使用小鼠模型进行初步评估。然而，这种方法的一个重大局限性是缺乏合适的设备技术来准确和可重复地将干粉输送给小动物，从而阻碍了此类模型的实用性。为了应对这些挑战，一次性注射器给药器专门用于肺内给药，剂量适合小鼠。这些加料器装载并输送从均匀堆积密度粉末床中获得的预定量的粉末。这种离散控制是通过将钝针插入固定深度（夯实）到粉末床中来实现的，每次去除固定数量。值得注意的是，这种计量模式已被证明对一系列喷雾干燥粉末有效。在涉及四种不同型号喷雾干燥粉末的实验中，加药器证明了能够达到 30 至 1100 μg 范围内的剂量。达到的剂量受夯实剂数量、给药针头尺寸和所用特定配方等因素的影响。这些给药器的主要优点之一是易于制造，使其易于获得且具有成本效益，可在初始概念验证研究期间将干粉输送给小鼠。加料器的一次性特性便于在动物手术室中使用，在这些手术室中，清洁和重新填充可重复使用的系统和称重材料不方便。因此，开发一次性注射器给药器解决了小鼠干粉递送概念验证研究的重大障碍，使研究人员能够在用于肺部药物递送的小动物模型中进行更准确和可重复的初步研究。

引言

在过去三十年中，由于全球逐步淘汰氯氟烃推进剂^1,2，使用干粉吸入器（DPI）进行肺部给药引起了人们的极大兴趣。与其他肺输送系统（如定量吸入器和雾化器）相比，DPI 具有许多优势，包括配方稳定性、便携性、易用性和无推进剂分散机制²。然而，在将DPI产品推向临床转化之前，必须进行几项临床前研究，其中许多研究最初是使用小鼠模型完成的。然而，用于准确和可重复地向小动物输送干粉的技术是有限的。

将干粉输送给小动物（如小鼠）的常用方法包括被动吸入3,4,5,6,7和直接给药8,9,10,11,12,13。被动吸入通常需要一个定制的腔室，该腔室利用大剂量的喷雾干燥粉末来制备足够的气溶胶云。由于小鼠是专性鼻呼吸器¹⁴，通过被动吸入输送需要粉末通过鼻子和喉咙到达肺部，因此需要维持具有足够颗粒空气动力学特性的气溶胶云^7,8。虽然这是一种有用的技术，在生理上比正常呼吸导致的吸入直接给药更具生理相关性¹⁴，但它可能不适合粉末质量有限的初始研究。

或者，已经报道了许多用于直接干粉输送的气管内输送装置⁸、⁹、^10、11、^12、13。气管内装置绕过鼻子和喉咙，将粉末直接输送到肺部，并允许对输送的剂量进行更精细的控制¹⁴.此外，一些设备，特别是那些使用夯实加载程序⁹制备的器械，可以制备较少的量，这是初始概念验证研究的重要考虑因素。缺乏普遍可用的气管内给药装置阻碍了其使用潜力，限制了可用性并导致实验室间差异¹⁴.在这项研究中，我们提出了一种简单、廉价、一次性的气管内给药器，可用于开发干粉气溶胶的概念验证小鼠研究。

研究方案

所有动物实验均按照《动物福利法》和《关于人道护理和使用实验动物的公共卫生服务政策》进行。该研究方案已获得田纳西大学健康科学中心机构动物护理和使用委员会的批准。~6-8周龄的健康雌性BALB / c小鼠通过肺内气溶胶递送给予一种给药剂的干粉含量，以使用大观霉酰胺1599干粉进行药代动力学^研究9。这些动物是从商业来源获得的（见 材料表）。

1. 配料器和灌装组件的准备

1. 使用精密切片锯（参见材料表）或皮带砂光机修剪 2.54 厘米（1 英寸）钝不锈钢针 （21-25 G） 的塑料鲁尔部分，直到 2-3 毫米的塑料鲁尔剩余（图 1A 和图 2A）。
   注意： 如果使用带式砂光机，可能需要使用较小的针或金属丝清洁不锈钢针，以清除可能产生的障碍物。
2. 切掉 0.6 mL 锥形离心管的尖端 （1-1.5 cm）。用 30-35 毫克粉末填充管尖。
   注：有关本研究使用的示例粉末的详细信息，请参阅代表性结果。在用于本应用之前，应按照 USP 通则第 <601 章>中描述的标准方法评估粉末气溶胶性能（参见 材料表）。
3. 如果储存和/或运输粉末，请使用管盖（切断）关闭小瓶。在储存和/或运输时，用石蜡膜密封，以尽量减少粉末暴露于环境湿气。

2. 装药和组装加药器

1. 根据需要多次将修剪好的不锈钢针头夯实到0.6mL锥形离心管尖端的粉末床中，以达到所需剂量（图2B）。用低绒擦拭器轻轻擦拭不锈钢针的侧面，以去除多余的粉末（图 3）。
2. 轻轻地将加载的不锈钢针插入 3.81 厘米（1.5 英寸）聚丙烯或 5.08 厘米（2 英寸）聚四氟乙烯 （PTFE） 针（16-20 G）（参见 材料表）以避免任何粉末脱落（图 1B、C 和 图 2C）。

3. 驱动加药器

1. 将一次性注射器回拉至所需体积，该体积可能因应用而异。
   注意：对于小鼠的肺内给药，0.15-0.6 mL 通常是合适的 ^8,9。
2. 将注射器连接到聚丙烯或PTFE针头上的鲁尔锁上（图2D）。
3. 将加药器的针端插入所需的目标中。为了分析粉末含量和重现性，将针头穿过穿孔的橡胶隔膜或石蜡膜插入含有少量（例如，1-5 mL）水和/或有机溶剂（例如乙醇）的小瓶中，溶剂特性和体积取决于活性药物成分（API）的物理特性和定量方法。
   1. 为了给小鼠递送，按照既定的方案^9,15将针头插入麻醉小鼠气管的第一个支气管分叉处。
4. 用力按下注射器，将粉末从设备中排出到收集瓶中（图2E）。
   注意：将粉末输送到小鼠肺部必须遵循相同的技术。
5. 为了分析收集瓶的内容物和重现性，请对特定 API 使用适当的分析方法，例如紫外可见光 （UV-Vis） 分光光度法或高效液相色谱 （HPLC）。

结果

在用于本研究之前，已确定各种喷雾干燥粉末的气溶胶性能。空气动力学粒度分布 （APSD） 由质量中值空气动力学直径 （MMAD） 和几何标准差 （GSD） 描述，前者表示在第 50^个百分位数 （d₅₀） 处将分布一分为二的尺寸，后者反映了分布的广度。GSD 由第 80 个百分位数处的空气动力学直径的平方根除以第 16^个百分位数 （d₈₄/d₁₆）^1/2 处的平方?...

讨论

由于小鼠是专性鼻呼吸器，通过被动吸入进行初步概念验证研究使效率和剂量估计具有挑战性，因为粉末必须以取决于颗粒特性和粉末^{分散效率的方式}通过鼻子和喉咙7,8,14。本文开发的给药器的使用绕过鼻子和喉咙，将给药器插入第一支气管分叉处⁹，并将全剂量直接输送到小鼠的肺部，从而为初步研?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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