Doseurs jetables destinés à l’administration de poudre sèche aux souris

Résumé

Le développement de poudres sèches pharmaceutiques nécessite des tests in vivo fiables, souvent à l’aide d’un modèle murin. La technologie de l’appareil permettant d’administrer de manière précise et reproductible des aérosols en poudre sèche aux souris est limitée. Cette étude présente des doseurs jetables pour l’administration de médicaments pulmonaires à des doses pertinentes pour la souris, ce qui facilite la recherche initiale de preuve de concept.

Résumé

Les inhalateurs de poudre sèche offrent de nombreux avantages pour l’administration de médicaments dans les poumons, notamment des formulations stables de médicaments à l’état solide, la portabilité des dispositifs, le dosage et le dosage des bolus et un mécanisme de dispersion sans propulseur. Pour développer des produits pharmaceutiques en aérosol en poudre sèche, des tests in vivo robustes sont essentiels. En règle générale, les études initiales impliquent l’utilisation d’un modèle murin pour une évaluation préliminaire avant de mener des études formelles sur des espèces animales plus grandes. Cependant, une limite importante de cette approche est l’absence d’une technologie de dispositif appropriée pour fournir avec précision et reproductibilité des poudres sèches aux petits animaux, ce qui entrave l’utilité de ces modèles. Pour relever ces défis, des doseurs de seringues jetables ont été développés spécifiquement pour l’administration intrapulmonaire de poudres sèches à des doses appropriées pour les souris. Ces doseurs chargent et délivrent une quantité prédéterminée de poudre obtenue à partir d’un lit de poudre de densité apparente uniforme. Ce contrôle discret est obtenu en insérant une aiguille émoussée à une profondeur fixe (bourrage) dans le lit de poudre, en enlevant une quantité fixe à chaque fois. Notamment, ce schéma de dosage s’est avéré efficace pour une gamme de poudres séchées par pulvérisation. Dans des expériences portant sur quatre modèles différents de poudres séchées par atomisation, les doseurs ont démontré leur capacité à atteindre des doses comprises entre 30 et 1100 μg. La dose obtenue a été influencée par des facteurs tels que le nombre de tassements, la taille de l’aiguille du doseur et la formulation spécifique utilisée. L’un des principaux avantages de ces doseurs est leur facilité de fabrication, ce qui les rend accessibles et rentables pour administrer des poudres sèches à des souris lors des études initiales de preuve de concept. La nature jetable des doseurs facilite l’utilisation dans les salles d’intervention animales, où le nettoyage et le remplissage des systèmes réutilisables et du matériel de pesage ne sont pas pratiques. Ainsi, la mise au point de doseurs de seringues jetables a permis de surmonter un obstacle important à l’administration de poudre sèche murine pour les études de preuve de concept, ce qui a permis aux chercheurs de mener des études préliminaires plus précises et reproductibles dans de petits modèles animaux pour l’administration de médicaments pulmonaires.

Introduction

L’utilisation d’inhalateurs à poudre sèche (DPI) pour l’administration de médicaments pulmonaires a suscité un intérêt considérable au cours des trois dernières décennies en raison de l’élimination progressive des ergols chlorofluorocarbonés à l’échelle mondiale ^1,2. Les DPI offrent de nombreux avantages par rapport à d’autres systèmes d’administration pulmonaire, tels que les inhalateurs et les nébuliseurs doseurs, notamment la stabilité de la formulation, la portabilité, la facilité d’utilisation et les mécanismes de dispersion sans propergol². Cependant, avant de faire passer les produits DPI à la traduction clinique, plusieurs études précliniques doivent être menées, dont beaucoup sont initialement réalisées à l’aide d’un modèle murin. Néanmoins, les technologies disponibles pour fournir des poudres sèches de manière précise et reproductible aux petits animaux sont limitées.

Les méthodes courantes d’administration de poudres sèches aux petits animaux, tels que les souris, comprennent l’inhalation passive 3,4,5,6,7 et l’administration directe 8,9,10,11,12,13. L’inhalation passive nécessite généralement une chambre personnalisée qui utilise de fortes doses de poudre séchée par pulvérisation pour préparer un nuage d’aérosol suffisant. Comme les souris respirent obligatoirement par le nez¹⁴, l’administration par inhalation passive nécessite que la poudre passe par le nez et la gorge pour atteindre les poumons, ce qui nécessite le maintien d’un nuage d’aérosol avec des propriétés aérodynamiques de particules suffisantes ^7,8. Bien qu’il s’agisse d’une technique utile et physiologiquement plus pertinente que l’administration directe due à l’inhalation résultant d’une respiration normale¹⁴, elle peut ne pas convenir aux études initiales où la masse de poudre est limitée.

Par ailleurs, un certain nombre de dispositifs d’administration intratrachéale pour l’administration directe de poudre sèche ont été signalés 8,9,10,11,12,13. Les dispositifs intratrachéaux contournent le nez et la gorge, délivrant la poudre directement dans les poumons et permettant un contrôle plus fin de la dose délivrée¹⁴. De plus, certains dispositifs, en particulier ceux préparés à l’aide d’une procédure de chargement par bourrage⁹, peuvent être préparés avec de plus petites quantités, ce qui est un élément important à prendre en compte pour les études initiales de preuve de concept. L’absence de dispositifs d’administration intratrachéale universellement disponibles a entravé leur potentiel d’utilisation, limitant leur disponibilité et entraînant des différences entre les laboratoires¹⁴. Dans cette étude, nous proposons un doseur jetable simple, peu coûteux pour l’administration intratrachéale qui peut être utilisé pour des études murines de preuve de concept dans le développement d’aérosols en poudre sèche.

Protocole

Toutes les expériences sur les animaux ont été menées conformément à la Loi sur le bien-être des animaux et à la Politique du Service de santé publique sur les soins et l’utilisation sans cruauté des animaux de laboratoire. Le protocole de l’étude a été approuvé par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux du Centre des sciences de la santé de l’Université du Tennessee. Des souris femelles BALB/c en bonne santé, âgées de ~6 à 8 semaines, ont reçu la teneur en poudre sèche d’un doseur par administration intrapulmonaire d’aérosol pour une étude pharmacocinétique utilisant des poudres sèches de spectinamide 1599⁹. Les animaux ont été obtenus auprès d’une source commerciale (voir le tableau des matériaux).

1. Préparation du doseur et des composants de remplissage

1. Coupez la partie en plastique d’une aiguille émoussée en acier inoxydable de 2,54 cm (1 po) (21 à 25 G) à l’aide d’une scie à tronçonner de précision (voir le tableau des matériaux) ou d’une ponceuse à bande jusqu’à ce qu’il reste 2 à 3 mm de la luer en plastique (figures 1A et 2A).
   REMARQUE : Si une ponceuse à bande est utilisée, l’aiguille en acier inoxydable peut avoir besoin d’être nettoyée à l’aide d’une aiguille ou d’un fil plus petit pour éliminer les obstructions possibles créées.
2. Couper l’extrémité (1 à 1,5 cm) d’un tube à centrifuger conique de 0,6 ml. Remplissez l’extrémité du tube avec 30-35 mg de poudre.
   REMARQUE : Voir Résultats représentatifs pour les détails des exemples de poudres utilisées pour la présente étude. Les performances de l’aérosol en poudre doivent être évaluées avant utilisation dans cette application selon la méthodologie standard décrite dans le chapitre général <601 de l’USP> (voir le tableau des matériaux).
3. Si vous stockez et/ou transportez la poudre, utilisez le bouchon du tube (coupé) pour fermer le flacon. Sceller avec une pellicule de paraffine pour minimiser l’exposition de la poudre à l’humidité ambiante lors de l’entreposage et/ou du transport.

2. Chargement et assemblage des doseurs

1. Tassez l’aiguille en acier inoxydable coupée dans le lit de poudre dans l’embout conique du tube à centrifuger de 0,6 mL autant de fois que nécessaire pour obtenir la dose désirée (figure 2B). Essuyez délicatement les côtés de l’aiguille en acier inoxydable avec un essuie-glace à faible peluche pour éliminer tout excès de poudre (Figure 3).
2. Insérez délicatement l’aiguille en acier inoxydable chargée dans une aiguille en polypropylène de 3,81 cm (1,5 pouce) ou en polytétrafluoroéthylène (PTFE) de 5,08 cm (2 po) (16 à 20 G) (voir le tableau des matériaux) pour éviter de déloger la poudre (Figure 1B, C et Figure 2C).

3. Actionner les doseurs

1. Ramenez une seringue jetable au volume désiré, qui peut varier en fonction de l’application.
   REMARQUE : Pour l’administration intrapulmonaire chez la souris, 0,15-0,6 mL est généralement approprié ^8,9.
2. Fixez la seringue au verrou Luer de l’aiguille en polypropylène ou en PTFE (Figure 2D).
3. Insérez l’extrémité de l’aiguille du doseur dans la cible souhaitée. Pour analyser la teneur en poudre et la reproductibilité, insérez l’aiguille à travers un septum en caoutchouc perforé ou un film de paraffine dans un flacon contenant une petite quantité (p. ex., 1 à 5 ml) d’eau et/ou de solvant organique (p. ex., de l’éthanol), l’identité et le volume du solvant dépendant des caractéristiques physiques de l’ingrédient pharmaceutique actif (IPA) et de la méthode de quantification.
   1. Pour l’administration à la souris, insérez l’aiguille jusqu’à la première bifurcation bronchique de la trachée des souris anesthésiées en suivant les protocoles établis ^9,15.
4. Appuyez avec force sur la seringue pour expulser la poudre de l’appareil dans le flacon de prélèvement (Figure 2E).
   REMARQUE : La même technique doit être suivie pour administrer la poudre aux poumons murins.
5. Pour analyser le contenu et la reproductibilité du flacon de prélèvement, utilisez une méthode analytique appropriée pour l’API spécifique, telle que la spectrophotométrie UV-Visible (UV-Vis) ou la chromatographie liquide à haute performance (HPLC).

Résultats

La performance des aérosols de diverses poudres séchées par atomisation a été établie avant l’utilisation dans cette étude. La distribution granulométrique aérodynamique (APSD) a été décrite par le diamètre aérodynamique médian de masse (MMAD), représentant la taille qui divise la distribution en deux au 50e^centile (d₅₀), et l’écart-type géométrique (GSD), reflétant l’étendue de la distribution. La GSD est définie par la racine carrée du diamètre aérodynamique au 80 e ...

Discussion

Comme les souris respirent obligatoirement par le nez, l’administration par inhalation passive pour les études initiales de preuve de concept rend difficile l’efficacité et l’estimation de la dose, car la poudre doit passer par le nez et la gorge d’une manière qui dépend des propriétés des particules et de l’efficacité de la dispersion de la poudre 7,8,14. L’utilisation des doseurs développés ici co...

matériels

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