אבקת ניקוי ו nebulized תרסיס שאיפת תרופות ביצוע עכברים באמצעות מערכת חשיפת אף בלבד

Summary

יחידת שאיפה כפי שיתואר בהמשך ניתן להפיק, מדגם לאפיון, ואחיד להפקיד תרסיס סמים בתוך הריאות של מכרסמים. זה מאפשר קביעה מראש קלינית של היעילות והבטיחות של התרופה במינונים שהופקדו הריאות; נתוני מפתח המאפשרים פיתוח תרופה בשאיפה קליני.

Abstract

מחלות בדרכי נשימה חסימתית כמו אסטמה ומחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) מטופלות כיום על ידי תרופות אנטי-דלקתיות סימפונות בשאיפה. למרות הזמינות של טיפולים מרובים, הן מחלות צומחות חששות לבריאות הציבור. רוב חולי אסטמה נשלטים היטב על טיפולים בשאיפה נוכחיים אך מספר לא מבוטל של חולים הסובלים מאסטמה חמורה אינו. אסטמה משפיע על אנשים -300 מיליון מוערך ברחבי העולם וכ 20 אחוז יש צורה חמורה של המחלה. בניגוד אסטמה, ישנם כמה טיפולים יעילים ל- COPD. לפי הערכות, 10% מהאוכלוסייה יש COPD ואת המגמה בשיעורי תמותה גדלה ל- COPD תוך הפחתה למחלות גדולות אחרות. למרות שתרופות בפיתוח למסירה בשאיפה היא מאתגר, יחידת שהאיפה בלבד האף מאפשרת משלוח ישיר של תרופות חדשניות אל הריאות של מכרסמים עבור מחקרים יעילים טרום קליניים והבטיחות / טוקסיקולוגיה. משלוח סמים בשאיפהיש יתרונות מרובים למחלות בדרכי הנשימה, שבו ריכוז גבוה של ריאה ומשפר את היעילות ואת ממזער תופעות לוואי מערכתיות. קורטיקוסטרואידים ו מרחיבי סימפונות בשאיפה ליהנות מיתרונות אלה ואספקה ​​בשאיפה עלולה גם להחזיק פוטנציאל טיפולים ביולוגיים בעתיד. יחידת שאיפה כפי שיתואר בהמשך ניתן להפיק, מדגם לאפיון, ואחיד להפקיד תרסיס סמים בתוך הריאות של מכרסמים. זה מאפשר קביעה מראש קלינית של היעילות והבטיחות של התרופה במינונים שהופקדו הריאות של מכרסמים, נתוני מפתח הנדרשים לפני ביצוע הפיתוח הקליני.

Introduction

ישנם יתרונות רבים בממשל בשאיפה של תרופות לטיפול במחלות בדרכי הנשימה. משלוח בשאיפה חל הסוכן הטיפולי ישירות לאתר של פעולה, הריאות. ריכוז מקומי גבוה של התרופה לריאות מציע יתרון משמעותי ממזער מנה וחשיפה מערכתית, למקסימום יעיל. זהו יתרון חשוב שיכול להגדיל את החלון תרפויטי מאוד (TI, יחס של מינון של תרופה שגורמת תופעת לוואי מעל המינון של תרופה המספק יעיל) של תרופה. Β ₂ בשאיפה אגוניסטים -adrenergic, קורטיקוסטרואידים, תרופות אנטי-כולינרגיות הוכיחו יעילות לשפר את תפקוד הריאות במטופלים עם אסתמה ו- COPD, תוך מזעור תופעות לוואי מערכתיות (טכיקרדיה, דיכוי חיסוני, ועצירות) נצפתה כאשר התרופות הללו נלקחים דרך הפה. כיתות תרופה חדשות (למשל, מעכבי PDE4 ¹ ומעכבי BTK ²⁾ יש לאחרונההוכח כיעיל לשיפור תפקוד הריאות ב מודלים למחלות בעלי חיים פרה-קליניים אך, בדומה בטא ₂ -agonists, קורטיקוסטרואידים, תרופות אנטי-כולינרגיות, סובלים מתופעות לוואי מערכתיות שניתן למזער על ידי משלוח בשאיפה. בשל העלות הנוספת של פיתוח תרופות פומיות בשאיפה לעומת, ניסוח בשאיפה צריך להיחשב רק להתוויות נשימה לאחר מתן פומי / מערכתי מוצלח מגלה הגביל את מינון תופעות לוואי מערכתי מבוסס מנגנון.

תרכובות טרום קליני, בשאיפה מותאמות להגדיל את TI, אשר דורש במדידות תופעת לוואי יעילות vivo. בתחילה מדידות אלה יכולים להתבצע מבחנים נפרדים, בדרך כלל מדידה יעילה נמסרה מקומי וכן מדידת תופעת לוואי נמסר מערכתי, אבל להשוות תרכובות באמת, תופעות לוואי יעילות צריכות להימדד באותן חיות לאחר בשאיפת ממשל. זה דורש מנה / מחקרים בתגובה כי achieve מספיק מתחם מנוהל לריאות לגרום תופעת לוואי למדידה. הדרך היחידה כרגע להפיץ מינונים גדולים באופן אחיד של תרופה לתוך הריאות של חיות קטנות מרובות הוא זמנית אף בלבד אינהלציה ^{3, 4, 5.} את נקודות החוזק והחולשה של טכניקות שאיפת חשיפה שונות נבדקו לאחרונה ^{6, 7, 8.} ציוד מיוחד וכמות גדולה של מתחם מבחן (כמויות גרם) נדרשים למסירת אף בלבד תרופה בשאיפה, אבל הוכחה של קונספט מחקרים ייתכן שניתן באמצעים אחרים.

כאשר כמות התרופה מוגבלת (כמויות מ"ג), שיטות ממשל ישירות הן אופציה אבל כל סובלים בתצהיר הלא הומוגנית, עם סמים יותר מרוכזים לאורך דרך הנשימה המרכזית ופחות טוב המיוצגים parenchymal / המכתשיתאזורים ^{3, 4, 5.} המינון האפקטיבי מועבר על ידי החדרה ישירה הוא תמיד גבוה ולא ניתן להשוות ישירות מינונים בשאיפה ^4. שיטות החדרה ישירות כוללים אפים ^9, intratracheal ^{10 נוזלים, 11} ו תרסיס החדרה ^12, או הֲפָחָה-אבקה יבשה ^{13, 14} יכולה לשמש ככלי מיון כדי לקבוע את טווח המינון המשוער ללימודי שאיפת אף בלבד מאוחר יותר, או כדי לקבוע את הדירוג של רעילות יעילות / לסדרה של תרופות דומות מבחינה מבנית ^15. בשל הדפוס בתצהיר בדרך הנשימה המרכזי, שיטות ניהול ישירות עלולות להיות יותר שימושיות כדי לקבוע את ההשפעות של תרכובות לפעול על דרך הנשימה המרכזית (מרחיבי סימפונות או מעכבי תא פיטום) משאניn הריאה ההיקפית (נוגדי דלקות).

בניגוד לבני האדם, שיכול לשאוף מנה ניכרת של תרסיס מרוכז מ משאף נשימה עמוקה אחת, דור רציף של נשימים (0.5-5 מיקרומטר קוטר אווירודינמי החציוני המוני, MMAD) תרסיס, עד שעה, נדרש להפקיד מינון תרופה יעיל לתוך הריאות של מכרסמים נושמים באופן ספונטני במערכת שאיפת אף בלבד ^16. גנרטורים תרסיס (nebulizer סילון או להאכיל אבק רייט ¹⁷⁾ שיכול לייצר את גודל חלקיקי תרסיס הנדרש ברציפות וריכוז ללימודי שאיפה בלבד אף אינם יעילים מאוד ביצירת איכות גבוהה אירוסולים (נשימים). השיעורים להאכיל סמים כדי גנרטורים תרסיס אלה עצמה (IC ₅₀ בערב עד ננומטר מבחנים תפקודיים תא מבוסס) התרכובות הן בדרך כלל בטווח 1 עד 10 מ"ג / דקה ובדרך כלל פחות מ 1% של תרסיס תרופה שעושה אותו לאזור הנשימה של חיות(איור 1). רבים מן החלקיקים שנוצרו הם גדולים מדי (> 5 מיקרומטר) כדי לחדור לריאות יוסרו על ידי מסווג אירוסול (א-מפריד מראש או ציקלון עם נקודת חיתוך 5 מיקרומטר) כדי למנוע מינון גבוה של התרופה באף. הוספת חוסר יעילותן של מערכות שאיפה בלבד אף היא טווח גודל חלקיקים הקטן (0.5 עד 5 מיקרומטר MMAD) עבור חלקיקים נשימים. רבים מן החלקיקים, פחות מ 0.5 מיקרומטר הם נשף (כמו עשן סיגריות) ולא שהופקדו ריאות ^18. כמו כן, רב של החלקיקים "הגדולים" אירוסול (~ 5 מיקרומטר) הפקדת האף נספגת או מועברת על ידי אישור mucociliary לכיוון החלק האחורי של הגרון שבו הם נבלעים לתוך הבטן ^19. בעת השימוש שאיפת אף בלבד, המינון שהופקד האף הוא תמיד גדול יותר מאשר המינון שהופקד ריאות ואת מינון האף יכול לתרום חשיפה מערכתית תופעות לוואי ^20. מטבעו, בשאיפה druמינוני g הם קטנים (בטווח מיקרוגרם) מזעור כל פוטנציאל תופעת לוואי סיסטמיות של תרופה נספג על ידי האף, ריאות, או ברקמות עיכול. גם כאשר גודל החלקיקים של התרסיס שסופק החיות הוא בטווח נשימים, בממוצע רק 4% של החלקיקים, שהופכים אותו לאזור הנשימה של הפיקדון החי בתוך הריאות. נוסף גנרטורים תרסיס יעילים זמינים, אך nebulizer הסילון ומזון אבק רייט הם ללא תחרות עבור היכולת שלהם לייצר אירוסולים רציפים מן ניסוחי אבקה נוזליים ויבשים מגוונים, בהתאמה.

תרסיס נשימים מן-מפריד מראש עובר ליחידת שאיפת חשיפת האף בלבד ²¹ כי הוא מבוסס על-עבר זרימת עיצוב האף ^22. יחידת שהאיפה יש 3 שכבות (רק שתי שכבות מוצגות באיור 1) וכל נדבך מכיל 10 יציאות חשיפה לבעלי חיים ודגימת תרסיס. היציאות ממוקמות שולי סביב לספירהמליאת תרסיס ntral. עכברים מודעים ממוקמים מחזיקי הרחקת זכוכית (6 סנטימטרים ידי 1.2 אינץ 'קוטר) ונושמים את התוכן אירוסול של יחידת אינהלציה. העכברים אינם אקלום התקני הריסון ^23. ניסיון קודם שנעשה בתחום הראה כי עכברים לסבול צינור ריסון של פחות משך שעה דומה, עם או בלי הסתגלות ^2.

יחידת שהאיפה נועדה לספק אירוסולים תרופה ישירות לריאות של החיות, תוך הימנעות מחשיפה המפעילה. עוצמתה / הרעילות של תרופות אלה היא בדרך כלל שולט בטיחות והנדסה ידועה מרובה משמשים כדי להימנע מחשיפה המפעילה. המפעילים תמיד חייבים ללבוש ציוד מגן אישי (כפפות, מעיילי מעבדה, מסכת גז, וכוסות בטיחות). המליאה החיצונית של היחידה שהאיפה נמצאת תחת לחץ שלילי בכל העת במהלך מבצע, המאפשר ההסרה הבטוחה של יחיד או קבוצות של חיות withoUT וכיבוי הגנרטור תרסיס. יחידת שהאיפה גם מוכל בתוך מתחם משני שמור על לחץ שלילי על ידי יציאת פליטה בתקרה כדי למנוע בריחה של תרסיס לחדר במקרה של תקלה. כל החדרים השפכים ממערכת שאיפה מסונן על ידי פילטר HEPA לפני השחרור לתוך הסביבה. מערכת חשיפת האף בלבד המשמשת כתב היד הזה נקנתה אצל ספק יחיד (ראה טבלת משלים של חומרים).

Protocol

העכברים ששימשו במחקרים אלה טופלו בהתאם מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה, מהדורה שמינית ^24. עכברים היו הקבוצה שוכנו "בהתאחדות הערכה וההסמכה של טיפול בבעלי חיים מעבדה (AAALAC) מתקן בינלאומי מוכר בדיור microisolator מאוורר סטרילי על מצעים קלח תירס. כאשר מודדים bronchoconstriction, עכברים היו מורדמים עם 100 מ"ג / פנטוברביטול IP ק"ג עומק ההרדמה היה פיקוח על ידי חוסר רפלקס הבוהן קמצוץ ומתוחזק על ידי הרדמה ip לפי הצורך. בתום הניסויים, העכברים היו מורדמים על ידי נקע בצוואר הרחם לאחר מנת יתר של ברביטורטים. אימות של המתת חסד אושרה על ידי חוסר נשימה. אין ניתוחי הישרדות שבוצעו על העכברים. כל פרוטוקולי המחקר אושרו על ידי ועדת הטיפול בבעלי החיים המוסדי השתמש (IACUC).

בחירת גיבוש התקן 1. עבור הדור של Pharהאירוסולים maceutical

הערה: גיבוש ובחירת מכשיר תלויים מאפייני physicochemical של תרופת הפרט להיות תרסיס, ולכן פרוטוקולים כלליים מוצגים להלן והקורא התייחס הביקורות ידי זנג ²⁵ ו O'Riordan ^26.

1. אירוסולים אבקת ניקוי
   1. Micronize התרופה אבקות יבש בתוך טחנת הכדור, טחנת סילון או מכשיר דומה ²⁷ ולהבטיח את התפלגות גודל החלקיקים מיקרוני (PSD) מכיל חלקיקים נשימים של (0.5-5 מיקרומטר קוטר אווירודינמי החציוני המונית, MMAD) גודל החלקיקים. ערבב תרכובות מבחן עצמה הדורשות דילול עם לקטוז מיקרוני.
      הערה: אם אין מספיק מיקרוני אבקה לקבוע את PSD עם impactor מפל, את PSD של קטן (תת-מיליגרם) מדגם של אבקת מיקרוני ניתן למדוד על ידי פיזור אור כדי לאשר שהוא מכיל חלקיקים נשימים / קטנים.
   2. צור את תרסיס אבקה יבשה באמצעות מחולל אירוסול אבקה יבשה להאכיל אבק רייט. ארוז את התרופה מיקרוני / אבקת לקטוז לתוך המאגר הגלילי באמצעות מכבש הידראולי ידני כ 1000 פאונד לאינץ 'מרובע (psi) לייצר עוגות דחוסות של אבקה המשמשת כקלט ידי מחולל אירוסול להאכיל אבק רייט ^17.
   3. הברג את המאגר הגלילי על להאכיל אבק רייט לקידום המאגר עד שלהב המגרד הוא במגע עם עוגת הסמים.
   4. חבר היציאה של הזנת אבק רייט ציקלון ואת כניסת מקור אוויר דחוס מוגדר 15 שיעור זרימת אוויר L / min (PSI 90 לחץ המרבי).
   5. הגדר את הבקר להאכיל שיעור ל 0.7 סיבובים לדקה (סל"ד) ולהדליק את מחולל אירוסול להאכיל אבק רייט.
      הערה: 0.7 סל"ד מתאים לשיעור feed עוגת מבחן מאמר של 1 גר '/ h כאשר באמצעות המאגר להאכיל גלילי רייט אבק קטן. הזנת אבק רייט מגרד שכבה דקה של פו נדחסwder את עוגת מאמר מבחן על ידי החלפת המאגר. האוויר נושא את האבק של הזנת אבק רייט, דרך נחיר קולי במשך-למסכת דה, ולתוך ציקלון להסיר חלקיקי agglomerates הלא נשימים.
   6. חבר היציאה של ציקלון למליאת התרסיס המרכזי של יחידת אינהלציה (איור 1).
      הערה: תרכובות ניתן דחוס מן 300 כדי 1500 psi במאגר של הזנת אבק רייט. המטרה היא לדחוס את החלקיקים מספיק כדי שהם יישמרו במאגר כאשר הפוכים, אבל לא עד כדי כך את הזנת אבק רייט לא יכולה לגרד שכבה דקה מחדש aerosolization. יש לזכור כי המד על עיתונות היד ההידראולית קורא בלירות ואת הבוכנה על המאגר להאכיל אבק הקטן בעל שטח פנים של כ 0.25 אינץ 'מרובע. לכן, 250 קילוגרמים של כוח דחיסה על 0.25 אינץ 'מרובע שווה 1000 psi.
2. אירוסולים נוזלים nebulized
   1. ממיסים את התרופה ב 100 מ"ל של מים או תמיסת מלח פיזיולוגיים.
   2. טען מזרק מ"ל 100 עם הפתרון התרופה ולמקם את המזרק לתוך משאבת מזרק עם קצב הזרימה נקבע על 1 מ"ל / דקה.
   3. חבר את משאבת מזרק אל nebulizer סילון ולטהר את האוויר מקו ההזנה המוביל nebulizer.
   4. חבר את מקור האוויר הדחוס אל nebulizer סילון ולהגדיר את מד זרימת אוויר 10 L / min.
   5. הכנס את nebulizer סילון לתוך-מפריד מראש. The-מפריד מראש המחבר את nebulizer למליאת התרסיס המרכזית של יחידת אינהלציה (איור 1).
      הערה: תרכובות סמים רבות מוגבלות מסיסות מימית ו מנוסחות טובות כמו אירוסולים אבקה יבשים. אם השעיה יציבה יכולה להתבצע מתוך מיקרוני (MMAD <5 מיקרומטר) למתחם, הוא עשוי לשמש עם nebulizer סילון. זהירות צריכה לשמש ההשעיה שעלול לסתום את nebulizer. ריכוזים להאכיל Nebulizer מ 1 מ"ג / מיליליטר עבור תרכובות חזקות (כמו הסימפונותipratropium) כדי 40 מ"ג / מיליליטר השעיות (עבור תרכובות חזקות פחות כמו סולפט salbutamol) שמשו. שיעור להאכיל מזרק משאבה מוגדר 1 מ"ל / דקה מסיבה מעשית; כדי לאפשר תקופת איזון ריכוז האירוסולים וחשיפה-דק-ארוך 45 להסתיים ללא צורך לטעון מחדש את המזרק.

2. הגדרת ניסוי חשיפת תרסיס

1. למדוד את ריכוז התרופה (על ידי איסוף תרסיס על מסנן מוחלט) לבין התפלגות גודל חלקיקים (על ידי איסוף תרסיס באמצעות impactor מפל) של התרסיס כי נכנס / ציקלון פוסט היחיד שאיפה מראש המפריד. שימוש בפרמטרים אלה יחד עם אוורור הדקות של החיה, משקל גוף, וחשיפת זמן להעריך את המינון של תרופה שהופקדה הריאות.
   1. לשקול את המסנן המוחלט ולהקליט את המשקל המסנן. מניחים את המסנן לתוך מחזיק המסנן ולהרכיב בעל מסנן. חבור את הכניסה של בעל מסנן המוחלטליציאת מדגם מליאת תרסיס מרכזית ולשקע למקור ואקום להגדיר לדגום את התרסיס בקצב זרימה של 1 ליטר / דקה עבור כל תקופת הניסוי.
      הערה: המסה של תרופה על המסנן לאחר הדגימה עבור 45 דקות יכולה להיות בטווח תת-מיקרוגרם ו / או להיות מעורבת עם לקטוז, מלח NaCl, או רכב אחר. Microbalance שקוראת ל 0.1 מיקרוגרם הוא הכרחי. כדי לקבל משקל מדויק של סמים שהופקדו על המסנן, המסנן חייב להיות equilibrated ומשקל בסביבה מבוקרת לחות. המשקל של תרופה על המסננים יכול לשמש רק בחישוב מינון אם אין רכב בניסוח או הרכב הוא מים. כשיש רכב בניסוח האחר מאשר מים, המשקל של חומר על המסנן רק נותן נקודת התחלה משוערת ניתוח נוסף של תוכן תרופה על ידי כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים (HPLC).
   2. לשקול ולהקליט את המשקל של מסנני שלב 7 מפל impactor ו "חתיכת זנב" אחד סופית; לְסַנֵן. מקום מסנן על כל אחד משבעת שלבי impactor מפל ולהרכיב את impactor מפל מרסר ^28. חבור את הכניסה של impactor המפל ליציאת מדגם מליאת תרסיס מרכזי ולשקע למקור ואקום להגדיר לדגום את התרסיס בשיעור תזרים impactor המפל הוא מכויל על (בדרך כלל 0.5 או 1 L / min) למשך של לְנַסוֹת.
   3. לנטר את התוכן אירוסול של היחידה אינהלציה עם צג תרסיס בזמן אמת (ראו טבלה של חומרים ריאגנטים) כדי לאשר את מחוללי אירוסול הם פונקציונליים הפקת תרסיס יציב לאורך הניסוי. חבור את הכניסה של צג התרסיס בזמן האמת ליציאת מדגם מליאת תרסיס מרכזי ולשקע למקור ואקום להגדיר לדגום את התרסיס בקצב זרימה של 1 ליטר / דקה עבור כל תקופת הניסוי.
      הערה: האות מהרגע האמיתי צג תרסיס מדווח מיקרוגרם / ליטר, אבל הוא מכויל עבור אבק הכביש חייב להיות recalibratedעבור כל תרסיס תרופת פרט להניב ערכי תרסיס ריכוז נכונים. כיול אין צורך להשתמש בצג כדי לאשר את קיומו או העדרו ויציבות הזמנית של ריכוז האירוסולים.
   4. הגדר את פרמטרי בקרת תהליכים (זרימת אוויר, אבק, לחץ, כוח מחולל אירוסול) לערכים הנדרשים כי תלוי במספר של חיות כדי להיות מחובר ליחידת אינהלציה. יחידת שהאיפה וגנרטורים תרסיס נשלטים באופן רציף / פיקוח על ידי רכישת מערכת בקרת תהליכים ממוחשבת / נתונים (DACO) המסופקת על ידי היצרן (ראה טבלה של חומרים ריאגנטים). קצב זרימת אוויר ליחידת שהאיפה צריך להיות מינימאלי בערך פעמי 2 קצב תחלופת האוויר דק הכולל של כל בעלי החיים ביחידת אינהלציה כדי למנוע הצטברות של CO _2.
2. עכברים טענו לתוך restrainers אף בלבד לפני החשיפה כדי האירוסולים היחידים שאיפה בלבד האף. כמו כן לטעון איפוק מתח מלא חיותכדי restrainers לנשום אוויר בחדר.
   הערה: ניסוי מנה / תגובת מורכקבוצת המרובה של עכברים שנחשפו ריסוס עבור כמויות שונות של זמן. זמן חשיפה משמש לשליטה והמנה בכל קבוצה מקבלת במהלך ניסוי מנה / תגובה.
   1. זווית כלפי מעלה צינור ההרחקה כלפי התקרה בעת שניסתה לטעון את החיות, כפי שהם נוטים מרוצתו מנסה להימלט. הצבעת הצינורות למטה בזמן הטעינה תעודד להסתובב ולברוח החוצה האחורי של הצינור. ודא האף של העכבר מכוון אל הקצה המחודד של הצינור ולתקן את הבוכנה משתנית-עמדה לתוך בקצה האחורי של העוצר.
      הערה: בטובלן מעוצב כדי לאפשר את הזנב של העכבר כדי לבלוט מבעל, אשר מאפשר לעכבר לווסת את טמפרטורת הגוף שלה בעוד העוצר.
   2. התאם את הבוכנה כדי לאפשר עכברים כדי לסובב, אבל לא לסובב את הראש אל הזנב; כדי להבטיח נשאף אירוסול.
   3. ורצוף אחרעכברים ואילו צינורות הרחקה. לאחר צבת הבוכנה, עכברים קטנים (<20 גרם) לעתים קרובות מנסה לסובב את הראש אל זנב של הצינורות ולאמץ פנייה במצב שבו הם מתקשים לנשום. התנהגות מפנה זו נפוצה ביותר איפוק 5 הדקות הראשונות, לאחר מכן העכברים לעתים רחוקות מנסים לסובב את הראש אל הזנב.

3. משלוח תרסיס

1. הכנס פקקים לחבר את יציאות משלוח של יחידת שאיפה ולהפעיל את הגנרטור תרסיס, בקר זרימת אוויר דחוס, ואת משאבת ואקום יחידת שאיפה מתוך התוכנה בקרת תהליכים.
2. לאחר הקריאות מצג התרסיס בזמן האמת להדגים את ריכוז האירוסולים יש לבוא שיווי משקל (~ 30 דקות, איור 2), להתחיל הסרת פקקים והכנסת אף בלבד הרחקת הצינורות המכילים עכברים ליחידת אינהלציה. חזור על הפעולה עד שכל העכברים להיחשף התרופה מחוברים יחידת אינהלציה.
   הערה:ניסוי הדוגמא, את זרימת האוויר הכולל שסופקה יחידת שהאיפה דרך אוויר גנרטור ודילול תרסיס מוגדר לספק קצב זרימת 0.5 L / min לכל יציאות חשיפה חיות בשימוש. לדוגמא, 15 L / זרימת אוויר דקות בסה"כ הוא מספיק כדי לספק כל אחד 30 היציאות ביחידת אינהלציה. זה הרבה יותר זרימת אוויר יותר מהנדרש על פי אוורור דקה של עכברים, אבל זרימת אוויר גדולה יותר יש צורך לספק את (ירידה בלחץ ברחבי מחולל אירוסול) אנרגיה כדי לייצר (להפריד לאטומים / דה-מצבר) אירוסול.
3. לאחר שכל החיות נטענות לתוך יחידת החשיפה, להפעיל את משאבות ואקום הדגימה כי מחוברי impactor מסנן המפל המוחלט באמצעות תוכנת בקרת תהליכים.
4. כאשר כל החשיפות מושלמות, לכבות את הגנרטור התרסיס ולהסיר עכברים הנותרים מיחידת אינהלציה.
   הערה: בעלי חיים יטופלו ברדס תחנת שינוי או על ידי אנשי לובש facemask. לאחר סיום משלוח תרסיס, העכברים הם removed מן הצינורות ואת הצינורות הם מחוטאים לאחר כל שימוש.

חישוב 4. המנה למוסרם

1. כדי לחשב את המינון שהופקדו ²⁹ ב מיקרוגרם / ק"ג (משוואה 1) להכפיל את ריכוז התרופה ב אירוסול (מיקרוגרם / ליטר) אוורור דקה x (L / min) x משך החשיפה (דקות) x השבר inhalable x שבריר בתצהיר ריאתי ולחלק ידי משקל הגוף (ק"ג).
2. חשב את ריכוז האירוסולים (מיקרוגרם / ליטר) על ידי חלוקת המסה של התרופה על הסינון המוחלט (מיקרוגרם) בשיעור זרימת אוויר דרך הפילטר (L / min) מוכפל זמן דגימה (min). הערך את אוורור הדקות של העכבר על ידי משוואת allometric מבוססת על משקל גוף ^30. שבר inhalable הוא 1 כמו התרסיס נחקק דרך-מפריד מראש כדי להסיר חלקיקים שאינם נשימים, והחלקיק בתצהיר ריאתי נקבע מן MMAD תרופה אירוסול (איור 3) באמצעותעקומות כיול ניסיוניות אירוסולים monodisperse (איור 4) ^31.

תוצאות

איפראטרופיום הסימפונות פורק ב מלוח 0.9% נורמלים בריכוז של 1 מ"ג / מיליליטר. מזרק 100 מ"ל התמלא הפתרון ניסוח ipratropium ואת מזרק הוכנס לתוך משאבת מזרק להגדיר להאכיל את nebulizer סילון (איור 1) בקצב זרימה של 1 מ"ל / דקה. הפעלת מערכת הבקרה עבור יחידת שהאיפה יוזמת זרימת אוויר 10 L / min אל nebulizer הסילון, 5 L / זרימת אוויר דילול דקות לתא הדילול, ו- 15.5 L / min של זרימת אוויר ואקום לצייר אירוסול הסמים מתוך יחידת שאיפה פעם שהוא עובר את האף של עכברים. משאבת מזרק משאבה מדגם תרסיס לפקח בזמן אמת הופעלו. עשרים וארבעה עכברים הוכנסו לתוך יחידת שהאיפה אחרי מוניטור התרסיס בזמן האמת מאשר את הריכוז האירוסולים ביחידת שהאיפה הגיע לשיווי משקל (15-30 דק ', איור 2). מדגם משאבות עבור המסנן המוחלט (1 L / min) ו המפלimpactor (0.5 L / min) הודלק פעם כל העכברים היו מחוברים ליחידת אינהלציה. הקבוצה הראשונה של 8 עכברים הוסרה מיחידת שהאיפה אחרי 5 דקות, והקבוצה השנייה אחרי 15 דקות, והקבוצה השלישית אחרי 45 דקות. Bronchoconstriction ³² נמדד כגידול התנגדות מערכת נשימה (RRS) כדי מנת nebulized יחידה של methacholine (30 מ"ג / מיליליטר) נמסרו 2 שעות לאחר מינון ipratropium באמצעות מכונת ההנשמה המכרסמת ^33. הגידול אחוזים ב RRS עבור כל חיה, מחושב כיחס בין RRS המרבי על מרווח 3-דקות לאחר methacholine nebulized (Rmax) בניכוי השווי RRS של מדידת הבסיס לפני methacholine (Rbase) מחולק Rbase (עלייה% ב RRS = (Rmax -Rbase) / Rbase), שימש לכמת את bronchoconstriction.

אירוסול שהופקד על מסנני impactor המפל ולסנן מוחלטים במהלך 45 הדקות של חשיפה אירוסול פורק ב 50% אצטוניטריל ואת המסה של ipratropium ונרשמה על ידי HPLC (לוח 1). MMAD x / GSD של תרסיס ipratropium חושב להיות 1.7 x / 1.5 מיקרומטר (איור 3) ו שבריר בתצהיר (DF) של 0.037 עבור עכברים שמשו תרסיס עם MMAD של 1.7 מיקרומטר (איור 4). שבר inhalable (IF) היה 1 כמו התרסיס נחקק דרך-מפריד מראש כדי להסיר חלקיקים שאינם נשימים. הריכוז הממוצע של ipratropium ב אירוסול (0.5 מיקרוגרם / ליטר) חושב מתוך מסה של ipratropium על הסינון המוחלט (22 מיקרוגרם) חלקי את קצב הזרימה של אוויר משך דרך המסנן (1 L / min) מוכפל זמן הדגימה (45 דק '). משקל הגוף הממוצע של העכברים היה 0.019 קילו ואוורור דקות החזה שלהם חושב כמו 0.021 L / min. באמצעות משוואה 1, המינונים שהופקדו עבור 5, 15, ו 45 קבוצות חשיפה דקות היו 0.1, 0.3, ו 0.9 מיקרוגרם / ק"ג; בהתאמה.

= "1"> ipratropium עכבות nebulized המושרה methacholine bronchoconstriction ב 8 שבוע הישן C57Bl / 6 עכברים. Methacholine גדל RRS בתוך שניות של הממשל nebulized (איור 5, הפאנל העליון). RRS של קבוצת הביקורת (חשוף לאוויר החדר במקום תרסיס ipratropium) עלה מ שווי הבסיס של 0.62 ± 0.03 ₂ CMH O * s / מ"ל לערך מרבי של 1.66 ± 0.12 CMH ₂ O * s / מ"ל, המייצג עלייה 168 ± 9% ב RRS, 70 ים לאחר מתן תרסיס methacholine. הגידול אחוז התנגדות מערכת הנשימה נבלם באופן תלוי מינון על ידי מינונים בשאיפה של ipratropium. הגידול האחוז ב RRS היה עצור על ידי 51 ± 9%, 79 ± 14%, ו 89 ± 2% (איור 5, פנל תחתון) במינונים שהופקדו בשאיפה של ipratropium של 0.1, 0.3, ו 0.9 מיקרוגרם / קילו, בהתאמה.

ז"/>
איור 1: יחידת שאיפה עם מחולל אירוסול אבקה יבשה מצורפת. Nebulizer משמש ליצירת תרסיס מן הניסוחים נוזליים מוצג בצד הימין. 1) feed אבק רייט, 2) ציקלון, 3 משאבת מזרק), 4) nebulizer סילון מוכנס לתוך-מפריד מראש, 5) מערבל אוויר דילול. כאשר אספקת אירוסולים nebulized, את ההזנה אבק ציקלון מוחלפים על ידי משאבת מזרק, nebulizer סילון /-מפריד מראש, וכן מערבל אוויר דילול. ההשקפה המוגדלת (השונה אולדהם ²¹⁾ מראה את נתיב זרימת תרסיס על אזור הנשימה סביב האף של החיה אשר נוצר על ידי החדרת צינור ההרחקה ליחידת אינהלציה. אירוסול ממלא את התרסיס המרכזי (אפורה) מליאת יחידת אינהלציה, זורם החוצה אל האף של החיה שבו הוא משך בחזרה על ידי ואקום קל במליאה החיצונית (הלבנה) ולתוך מסנני האיסוף פסולת (לא מוצג). Plלהקל לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2: מדידות צג תרסיס בזמן אמת לאשר את ריכוז האירוסולים ביחידה שאיפה מגיע לשיווי משקל ~ 30 דק 'לאחר הפעלת הגנרטור תרסיס. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3: המוני ipratropium שנאסף על כל שלב של impactor המפל (גרף עמודות כחול) ועליהן עקומה (עקום שחור) המשמשת לחישוב MMAD ו GSD של התפלגות גודל חלקיקי תרסיס. אנאלחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4: שבריר הפקדה עבור ריאות עכבר כפונקציה של MMAD עבור אירוסולים מועברים על ידי שאיפת אף בלבד (כפי ששונה מן היישה ^31). עבור חלקיקים גדל פחות מ 0.5 מיקרומטר ביותר של התרסיס הוא נשף ואינו להפקיד את הריאות (כמו עשן סיגריות). עבור חלקיקים גדלים יותר מ 5 מיקרומטר, רוב התרסיס מסונן על ידי האף. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5: העלייה המהירה התנגדות מערכת הנשימה הנגרמת על ידי administe methacholine nebulizedאדום לעכברים חסום על ידי ipratropium מועבר על ידי שאיפת אף-רק עכברים (n = 8 לכל קבוצה, פנל עליון). Ipratropium מעכבת הגידול המושרה methacholine בהתנגדות מערכת נשימה עם ED ₅₀ של 0.1 מיקרוגרם / קילו מינון שהופקד (* p <0.05 לעומת שליטה, פנל תחתון). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.

נתוני impactor Cascade המשמשים לחישוב MMAD ו GSD
מסנן Stage	Ipratropium על מסנן על ידי HPLC (מ"ג)	שלב Cut קוטר (מ"מ)
1	0.002	6
2	0.19	4.5
3	1.43	2.5
4	2.55	1.5
5	2.95	1.2
6	1.03	0.7
7	0.37	0.5

טבלה 1: נתוני impactor Cascade המשמשות לחישוב MMAD ו GSD

Discussion

מערכת שאיפת אף בלבד ותפעולו לספק אירוסולים תרופות אל הריאות של מכרסמי תוארה. ריסון בעלי חיים בבעלים-רק אף הוא שיטה נפוצה עבור חשיפת חיות לחומר מוטס. ניסוי נערך הוכחת איפראטרופיום הסימפונות אנטיכולינרגיות ³⁴ יכול להפוך בעצמה methacholine מושרה bronchoconstriction כאשר נמסרו על ידי שאיפת אף-רק בעכברים עם ED ₅₀ של 0.1 מיקרוגרם / קילו שהופקד מנה. גדולה יותר מאשר העלייה 10 של פי המינון האפקטיבי של ipratropium נדרשה עבור הרחבת סימפונות הבאים משלוח intratracheal (ED ₅₀ intratracheal = 1.3 מיקרוגרם / ק"ג, מידע לא מוצג) משלוח. זאת בשל דפוס בתצהיר הלא הומוגנית של התרופה בתוך הריאות המיוצר על ידי המינון intratracheal ^{3, 5, 10.} 10-פי מינון יעיל יותרהפרשים בין טכניקות מינון בשאיפת intratracheal לתרופות אחרות נצפו בעבר על ידי אחרים ^4.

הדפוס בתצהיר הלא הומוגנית של תרופה בתוך הריאות המיוצר על ידי מינון intratracheal גם מאט ספיג תרופה על ידי הריאה ^35, להקטין את הקצב שבו התרופה נכנסה למחזור הדם המערכתי, ולהקטין את הסיכוי לראות תופעות לוואי מערכתיות. לכן, כדי לייעל את הבטיחות / היעילות (חלון תרפויטי) ³⁶ תרופות בשאיפת רומן, אף בלבד משלוח שאיפה צריך לשמש. בתצהיר intratracheal ייתן אומדן מדויק של TI ידי יצירת מינונים אפקטיביים גבוהים בטעות במינוני הריאה נמוכה אל המחזור המערכתי.

כמו תרופות חדשות אשר נמסרו על ידי המסלול בשאיפה מפותחות, זה חיוני כדי לתרגם את מינון התרופה היעיל כראוי ממחקרים פרה-קליניים יעילים לחזות EFמנת אדם ficacious עבור ניסויים קליניים. מותו הידוע לשמצה של Tusko הפיל ³⁷ מצוטט בדרך כלל בספרות כדי להזכיר לנו להשתמש דרוג allometric לחזות מינוני תרופות interspecies וכי מינוני תרופות interspecies לא צריכים להסיק באופן לינארי על בסיס השוואה פשוטה של המוני גוף. המקובל להשתמש בגישת allometric עם b מעריך allometric של 0.67 לחזות מינוני תרופות אדם מן היעילות פרה-קלינית לומדת ^38. שימוש בעכבר בשאיפה ED ₉₀ של 0.9 מיקרוגרם / ק"ג עבור ipratropium, המעריך allometric של 0.67, מסת גוף העכבר של 0.03 ק"ג, וכן מסת הגוף האנושי של 60 ק"ג; ED אדם מוערך ₉₀ של 0.07 מיקרוגרם / קילו ((0,9 * (0,03 / 60 ) (1-0.67) = 0,07) ניתן לחשב את המינון שהופקד האנושי החזוי מנתוני העכבר שלנו. זה שחזה ערך ניתן להשוות את האדם בפועל מנה שהופקדו יעיל של 0.26 מיקרוגרם / ק"ג, אשר יכול להיות מחושב מן נמסר לעשותse של 40 מיקרוגרם ³⁹ מחולק מסת הגוף האנושי של 60 ק"ג מוכפל בשבריר בתצהיר ריאתי שאיפה אנושית אוראלי ¹⁶ של 0.4 ((40/60) * 0.4 = 0.26). אומדן של המינון שהופקד בשאיפה האנושי היעיל גם עוזר לתכנן את המנות נמסרו שימוש במחקרים טוקסיקולוגיה שאיפה הנדרשים לניסוי ^40.

הציוד המיוחד הכמות גדולה של מתחם מבחן (כמויות גרם) נדרשי אף בלבד משלוח סמים בשאיפה יכולים להיות מגבלות משמעותיות בעת פיתוח טכניקת שאיפה בלבד האף. ריצת כיול בלי חיות נוכחיות היא הכרחית אם מנה ספציפית נדרשה עבור (טוקסיקולוגיה בדרך כלל ולא יעיל מינון / תגובה) במחקר, ובורח כיול זה ידרוש יותר תרופה יהיה זמין. בטווח כיול זה הכרחי כי מאפייני physicochemical של כל ניסוח סמים / יכולים להשתנות מספיק כדי להשפיע על המינון שהופקד מאודשל סמים בתוך הריאות. אופטימיזציה של הזנת אוויר תרופה שיעורי למחולל התרסיס במהלך ריצת הכיול נדרשה להשיג גודל חלקיקי תרסיס וריכוז עבור המנה הספציפית הנדרשת. בעוד להאכיל תרופת האוויר המחולל אירוסול השיעורים הציעו בשיטות הם נקודת התחלה סבירה, יש פוטנציאל כי עבור ניסוח סמים ספציפי אירוסול הלא נשימים (גודל חלקיקים> 5 מ"מ) יופק. בשלב הפרה-קליני, יש לעיתים קרובות לא מספיק סמים זמין לעשות ריצת כיול ואי אפשר לדעת מראש מה מינונים (אם בכלל) מקבלים לתוך הריאות. כמו כן, חשמל סטטי מיוצר בתהליך הדור אירוסול יכול להשפיע על הזמן הנדרש עבור ריכוז האירוסולים לאזן. חשוב לעגן את הציוד כראוי כדי למזער מטען סטטי. אפשרות נוספת כדי למזער חשמל סטטי היא להוסיף לחות לאוויר המסופק ליחידת אינהלציה, להגדיל מוליכותלפזר האשמות אלקטרוסטטית על חלקיקים ^25. Humidifying האוויר המסופקת מחולל אירוסול אינה נדרשת עבור נוחות חיה במהלך קצר (<1 h) הפעלות מינון אך יש לשקול אם פעמים מינון כבר נמצאים בשימוש.

סמים יכולים להיות מועברים אל הריאות של חיות על ידי שאיפת אף בלבד פסיבית או שיטות ממשל ישירות intratracheal העוקפים בתצהיר אף ולוע. אף-רק משלוח שאיפה נפוץ בתחום טוקסיקולוגיה שאיפה ⁴¹ אך משמש במשורה בתחילת תהליך גילוי תרופות. צוות מחקר רב תחומי דרוש לביצוע מחקרים שאיפה בלבד אף עקב: הצורך בכמויות גדולות של סמים, ידע מקצועי נדרש לגבש, ליצור, ולאפיין אירוסולים; להפעיל ציוד מורכב, ולמדוד יעילות התרופה במודלים של בעלי חיים במחלות נשימתיות. טכניקות המסירה כפי שיתואר בהמשך משמשים לפתח smalמולקולת l בשאיפת תרופות אך בעתיד ניתן ליישם ולפתח תרופות ביולוגיות בשאיפה ^{42, 43.} יש לקוות הנהלים והטיפים תעדו בכתב היד הזה יקלו חוקרים התגלו ואת רעלי תרופה טרום קליניים חדשים לרכוש את הכישורים דרושים כדי לספק תרופות מכרסמות ידי שאיפת תרסיס.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nose-only exposure inhalation unit	TSE systems	700100-KNES-040-ss	Custom configurations available
DACO data acquisition system	TSE systems	700400-PRO-C-D/1
MC One Jet Mill	Jetpharma	DEC MicroJet 10
Turbula Mixer	GlenMills Inc	T2F
Micronized Lactose	DFE Pharma	Lactohale 200
Hydraulic press	Specac	GS15011
Cascade impactor filters	Pall Life Sciences	7219	Emfab filter
Absolute filters	Whatman	10370302	5 cm diameter
Real time aerosol monitor Microdust Pro Monitor	Casella	CEL-712
Ipratropium bromide	Spectrum Chemical	I1178	pre-micronized
flexiVent FX1 system	scireq	FV-FXCS