乾燥粉末および医薬品の霧状エアロゾルを吸入すると、鼻のみの露光装置を用いてマウスに配信します

要約

本明細書に記載の吸入器は、生成する特徴付けのためのサンプル、及び均一げっ歯類の肺における薬物エアロゾルを堆積させることができます。これは、肺に沈着薬物用量の有効性および安全性の前臨床決意を可能にします。臨床吸入薬の開発を可能にする重要なデータ。

要約

喘息および慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの閉塞性呼吸器疾患は、現在、吸入抗炎症および気管支拡張薬によって治療されます。複数の治療法の利用可能性にもかかわらず、両疾患は、公衆衛生上の懸念が高まっています。喘息患者の大多数はよく、現在の吸入療法に制御されているが、重症喘息患者のかなりの数がありません。喘息は、世界中で推定3億人に影響を与え、約20％は、疾患の重症型を持っています。喘息とは対照的に、COPDのためのいくつかの効果的な治療法があります。人口の10％がCOPDを持っており、他の主要な疾病のために減少させながら、死亡率の傾向は、COPDのために増加しています。吸入送達するための薬剤を開発することは困難であるが、鼻専用の吸入器は、前臨床有効性と安全性/毒性試験のための齧歯類の肺への新薬の直接配信を可能にします。吸入薬物送達肺中の高濃度の有効性を改善し、全身性副作用を最小化する呼吸器疾患のための複数の利点を有します。これらの利点からの吸入コルチコステロイドと気管支拡張利益および吸入送達もまた、将来の生物学的療法の可能性を保持することができます。本明細書に記載の吸入器は、生成する特徴付けのためのサンプル、及び均一げっ歯類の肺における薬物エアロゾルを堆積させることができます。これは、げっ歯類の肺に沈着薬物用量、臨床開発を開始する前に必要なキーデータの有効性と安全性の前臨床決意を可能にします。

概要

呼吸器疾患の治療のための薬剤の吸入投与には多くの利点があります。吸入配信は、作用部位、肺に直接治療剤を適用します。肺における薬剤の高い局所濃度は用量と全身曝露を最小限に抑えることが重要な利点を提供し、有効性を最大化します。これは大幅に薬物の治療指数（TI、有効性を提供する薬物の用量にわたって副作用を引き起こす薬剤の投与量の比）を増加させることができる重要な利点です。吸入_β2 -アドレナリンアゴニスト、コルチコステロイド、および抗コリン作用薬は、全身性の副作用（頻脈、免疫抑制、及び便秘）を最小にしながら、これらの薬剤が経口摂取された場合に観察、喘息およびCOPD患者における肺機能を改善するのに有効であることが証明されています。新しい薬剤クラス（例えば、PDE4阻害剤¹およびBTK阻害剤は^、2）最近、持っています前臨床動物疾患モデルにおいて肺機能を改善するのに有効ではなく_、2 -アゴニスト、コルチコステロイド、および抗コリン作用薬、βと同様証明、吸入送達によって最小にすることができる全身性の副作用に苦しみます。対吸入経口薬の開発のコスト増に、吸入製剤は、唯一成功した経口/全身投与は、メカニズムに基づく全身性の副作用を制限する用量を明らかにした後、呼吸器の適応症のために考慮されるべきです。

前臨床的に、吸入化合物は、in vivoでの有効性と副作用の測定において必要TIを増加させるために最適化されています。最初にこれらの測定値は、別々のアッセイ、通常局所的に送達効力測定及び全身送達副作用の測定で行われたが、真にに化合物を比較することができ、有効性及び副作用は、吸入投与後に同じ動物で測定されなければなりません。これは、AC用量/反応の研究が必要です測定可能な副作用を誘導するために、肺に投与し、十分な化合物をhieve。現在一様に複数の小さな動物の肺への薬物の大用量を分配する唯一の方法は、同時に鼻のみの吸入^3、4、5です。異なる吸入暴露技術の長所と短所は最近^{、6、7、8を}検討されています。特殊な装置および試験化合物（グラム量）多量の鼻のみの吸入薬物送達のために必要とされるが、概念実証研究は、他の手段によって可能です。

薬剤の量は、（ミリグラム量）制限された場合に、直接投与方法は、オプションであるが、全てが実質/肺胞の中央気道に沿って集中し、あまり表さ以上の薬剤と、不均一な堆積に悩まさ領域^3、4、5。直接注入により送達される有効量は常に高く、直接吸入用量⁴と比較することはできません。鼻腔^9、気管内液^10、11及びスプレー点滴^12、または乾燥粉末吹送¹³を含む直接注入法は^、14は後鼻のみの吸入試験のおおよその用量範囲を決定するために、または決定するためのスクリーニングツールとして使用することができます構造的に類似薬¹⁵の一連のための有効性/毒性のランキング。中心気道付着パターンに、直接投与方法は、中央気道（気管支拡張薬又は肥満細胞阻害剤）に作用する化合物の効果を決定するために、より有用である可能性がある原因IよりN末梢肺（抗炎症）。

時間まで、必要とされるため、単一の深い呼吸で吸入器からの濃縮されたエアロゾルの実質的な量を吸入することができる人間とは異なり、呼吸の連続的な世代（0.5~5ミクロンの質量メジアン空気力学的直径、MMAD）エアロゾルは、堆積させます鼻のみの吸入システム¹⁶における自発呼吸齧歯類の肺への効果的な薬物投与量。連続鼻のみの吸入試験に必要なエアロゾル粒子のサイズおよび濃度を生じることができるエアロゾル発生器（ジェット噴霧器又はライトダストフィード^17）は、高品質（呼吸）エアロゾルを生成するのに非常に効率的ではありません。強力なため、これらのエアロゾル発生器への薬剤供給速度（IC機能的細胞ベースのアッセイにおけるnmの₅₀ PM）の化合物は、1から10mg /分の範囲で一般にあり、その薬剤エアロゾルの通常1％未満は、呼吸ゾーンにそれを行います動物の（図1）。生成された粒子の多くが肺に入る（> 5ミクロン）大きすぎると鼻の中の薬物の大量投与を避けるために、エアゾール分類器（5μmのカットポイントとのプレセパレーターまたはサイクロン）によって除去されます。鼻のみの吸入システムの非効率性を追加すると、呼吸粒子のための小さな粒子サイズ範囲（0.5〜5マイクロメートルMMAD）です。エアロゾル粒子が0.5μm未満の多くは（タバコの煙のような）呼気および肺¹⁸内に堆積されていません。また、鼻の中に「大きな」エアロゾル粒子（〜5μm）の堆積物の多くは、それらが胃¹⁹の中に飲み込まれ、のどの奥に向けた粘液線毛クリアランスによって吸収される又は輸送されています。鼻のみの吸入を使用する場合は、鼻内に堆積用量は、肺に沈着用量および全身曝露と副作用²⁰に貢献することができる鼻投与量よりも常に大きいです。本質的に、吸入DRUgの用量は、鼻、肺、胃腸組織によって吸収された薬物の全身性副作用の可能性を最小限に抑える（マイクログラム範囲で）小さいです。動物に供給されたエアロゾルの粒径が呼吸範囲、肺の動物デポジットの呼吸ゾーンにそれを作るエアロゾル粒子のわずか4％の平均であっても。より効率的なエアロゾル発生器が利用可能であるが、ジェットネブライザとライトダスト原料はそれぞれ、多様な液体および乾燥粉末製剤からの連続エアロゾルを生成する能力のために比類のないです。

プレ分離器からの呼吸用エアロゾルは、フロー過去ノーズデザイン²²に基づいている鼻専用暴露吸入部²¹に渡します。吸入器は、（2つだけの層は、図1に示されている）3層を有し、各層は、動物およびエアロゾルサンプリングの10個の露光ポートを含んでいます。ポートは、CEの周囲に位置していますntralエアロゾルプレナム。意識のあるマウス（1.2インチ径で長さ6インチ）のガラス拘束ホルダーに入れ、吸入器のエアゾール内容を呼吸しています。マウスを拘束装置²³に順応されていません。以前の経験は、または適合²せず、マウスは同様に時間期間未満の管拘束を許容することが示されています。

吸入器は、オペレータへの露出を避けながら、動物の肺に直接薬物エアロゾルを提供するように設計されています。これらの薬剤の効力/毒性は通常、未知と複数のエンジニアリング安全管理は事業者への暴露を回避するために使用されています。事業者は、常に個人用保護具（手袋、実験室のコート、呼吸器、および安全メガネ）を着用しなければなりません。吸入ユニットの外側プレナムは、単一または動物群withoの安全な除去を可能にする、動作中常に負圧でありますUTは、エアロゾル発生器を遮断します。吸入ユニットはまた、故障の場合に室内にエアロゾルの漏れを防止するために、天井の排気口によって負圧に維持二次囲いに含まれています。吸入システムからのすべての流出空気が環境中に放出する前にHEPAフィルタによってフィルタリングされます。本稿で使用される鼻専用暴露システムは、単一のベンダー（ 材料の補足の表を参照）から購入しました。

プロトコル

これらの研究で用いたマウスは、実験動物の管理と使用に関する指針、第8版²⁴に従って世話されました。マウスは、トウモロコシの穂軸の寝具の滅菌に換気マイクロアイソレータハウジングに評価し、実験動物管理の認定（AAALAC）国際認定施設協会に収容グループでした。気管支収縮を測定する場合、マウスは100mg / kgの腹腔内ペントバルビタール麻酔の深さで麻酔したが、つま先のピンチの反射の欠如によって監視し、必要に応じてIP麻酔で維持しました。実験の終了時に、マウスはバルビツール酸の過剰投与後に頸椎脱臼により安楽死させました。安楽死の検証は、呼吸の欠如によって確認されました。いいえ生存手術はマウスで行われませんでした。すべての研究プロトコールは、施設内動物管理使用委員会（IACUC）によって承認されました。

Pharの世代のための1製剤とデバイスの選択maceuticalエアロゾル

注：製剤及びデバイスの選択がエアロゾル化されるべき個々の薬剤の物理化学的性質に依存し、したがって、一般的なプロトコルは、以下に提示されており、読者は曽²⁵とO'RIORDAN ²⁶によってレビューと呼ばれます。

1. 乾燥粉末エアロゾル
   1. ボールミル、ジェットミル又は類似の装置²⁷における微細化薬物の乾燥粉末および微粉の粒度分布（PSD）を確保呼吸（0.5~5ミクロンの質量メジアン空気力学的直径、MMAD）の粒径の粒子を含みます。微粉化乳糖で希釈を必要とする強力な試験化合物をブレンド。
      注：カスケードインパクターとPSDを決定するのに十分な微粉化粉末が存在しない場合、微粉化粉末の小（サブミリグラム）試料のPSDは、それが小/呼吸可能粒子を含む確認するために、光散乱によって測定することができます。
   2. ライトダストフィード乾燥粉末エアロゾル発生器を使用して乾燥粉末エアロゾルを生成します。ライトダスト供給エアロゾル発生器¹⁷によって入力として使用される粉末の圧縮ケーキを生成するために約平方インチ（psi）1000ポンドの手動油圧プレスを用いて円筒形リザーバ内に微粉化薬物/ラクトース粉末を詰めます。
   3. スクレーパーブレードが薬物ケーキに接触するまでリザーバを前進ライトダストフィードに円筒形のリザーバをネジ。
   4. 15リットル/分の空気流量（最大圧力90 PSI）に設定された圧縮空気源にサイクロンへライトダストフィードと、入口の出口を接続します。
   5. 毎分（rpm）0.7革命へ送り速度制御を設定し、ライトダストフィードエアロゾル発生器をオンにします。
      注：小さなライトダスト供給円筒容器を使用する場合0.7 RPMは1グラム/時間の試験品ケーキ送り速度に対応します。ライトダスト原料は圧縮POの薄い層を掻き取ります容器を回転させることにより、試験物品ケーキをオフwder。空気は、ライトダスト原料のうち、脱凝集のために音速ノズルを介して、非呼吸可能粒子と凝集物を除去するためにサイクロンに塵埃を搬送します。
   6. 吸入器（ 図1）の中央エアロゾルプレナムにサイクロンの出口を接続します。
      注：化合物は、ライトダスト原料のリザーバ内の300〜1500 PSIから圧縮することができます。オブジェクトは、それらがライトダストフィード再エアロゾル化のための薄層を削り取ることができないことが反転するとき、リザーバ内に保持するが、それほどではないであろうように、十分に粒子を圧縮することです。手動油圧プレス上のゲージがポンドに読み込み、小さなホコリフィードリザーバーにプランジャが約0.25平方インチの表面積を持っていることを忘れてはなりません。したがって、0.25平方インチに圧縮力の250ポンド、1000 psiのと等価です。
2. 霧状の液体エアロゾル
   1. 水または生理食塩水100mLに薬物を溶解します。
   2. 薬物溶液を100mLの注射器をロードし、1mL /分に設定流量でシリンジポンプにシリンジを配置します。
   3. ジェットネブライザーにシリンジポンプを接続し、噴霧器に至る供給ラインから空気をパージします。
   4. ジェット噴霧器に加圧空気源に接続し、10L /分の空気流量計を設定します。
   5. プレセパレーターにジェット噴霧器を挿入します。プレセパレーターは、吸入器（ 図1）の中央エアロゾルプレナムにネブライザを接続します。
      注：多くの薬剤化合物は、水への溶解度が限られているし、より優れた乾燥粉末エアロゾルとして処方されます。安定な懸濁液は、微粉化（MMAD <5μM）の化合物から製造することができる場合には、ジェットネブライザーで使用することができます。注意噴霧器を詰まらせることができる懸濁液として使用されるべきです。気管支拡張薬のような強力な化合物（1 mg / mlとから噴霧供給濃度硫酸サルブタモールのようなあまり強力な化合物のための40 mg / mlと懸濁液（）へイプラトロピウム）が使用されてきました。シリンジポンプの供給速度は、実用的な理由のために1mL /分に設定されています。エアロゾル濃度の平衡時間と45分、長時間露光は、注射器をリロードすることなく完了することができるようにします。

2.エアロゾル曝露実験のセットアップ

1. 吸入ユニットポストプレセパレーター/サイクロンに入るエアロゾルの（カスケードインパクターを使用してエアロゾルを収集することによって）及び粒度分布（絶対フィルター上にエアロゾルを収集することによって）薬剤濃度を測定します。肺に沈着薬剤の投与量を推定するために、動物の分時換気量、体重、および露光時間とともに、これらのパラメータを使用してください。
   1. 絶対的なフィルタを計量し、フィルタ重みを記録。フィルターホルダーにフィルターを置き、フィルターホルダーを組み立てます。絶対フィルターホルダーの入口とを接続中央エアロゾルプレナムサンプルポートおよび実験期間中1L /分の流速でエアロゾルをサンプリングするように設定した真空源への出口へ。
      注：45分間サンプリング後のフィルタに対する薬物の質量は、サブマイクログラムの範囲であることができ、および/またはラクトース、NaClの塩、または他のビヒクルと混合します。 0.1マイクログラムに読み出し天秤が必要です。フィルタに堆積した薬物の正確な重量を得るために、フィルタは、湿度制御された環境で平衡化し、重量を測定しなければなりません。そこには、車両が製剤中ではないか、車両が水である場合、フィルタに対する薬物の重量は、線量計算に使用することができます。水以外の製剤中の車両が存在する場合、フィルター上の物質の量は、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）による薬物含量の更なる分析のために、推定開始点を与えます。
   2. 7つのカスケードインパクターステージフィルタの重量と1最後の「テールピース」を計量し、記録;フィルタ。カスケードインパクターの7つの段階のそれぞれにフィルタを置き、マーサーカスケードインパクター^28を組み立てます。中央エアロゾルプレナムサンプルポートとの期間カスケードインパクターを（通常0.5又は1 L /分）で較正された流量でエアロゾルをサンプリングするように設定した真空源への出口にカスケードインパクターの入口を接続します実験。
   3. エアゾール発生器は、機能及び実験を通して安定したエアロゾルを生成している確認するために、リアルタイムエアロゾルモニター（材料および試薬の表を参照）を有する吸入器のエアゾール内容を監視します。中央エアロゾルプレナムサンプルポートおよび実験期間中1L /分の流速でエアロゾルをサンプリングするように設定した真空源への出口にリアルタイムエアロゾルモニターの入口に接続します。
      注：リアルタイムエアロゾルモニターからの信号はμgの/ Lで報告されていますが、道路粉塵のために校正されており、再較正する必要があります各個々の薬物エアロゾルの正しいエアロゾル濃度値を得ました。キャリブレーションは存在または不在とエアロゾル濃度の経時安定性を確認するためのモニターを使用する必要はありません。
   4. 吸入部に接続される動物の数に依存して必要な値にプロセス制御パラメータ（空気流、真空、圧力、エアロゾル発生器の電力）を設定します。吸入器およびエアロゾル発生器は、連続的に製造者によって供給されるコンピュータプロセス制御/データ取得システム（DACO）によって監視/制御される（材料および試薬の表を参照のこと）。吸入器への空気の流量は、CO ₂の蓄積を避けるために、最小限の吸入器内のすべての動物の約2倍の合計分の換気率でなければなりません。
2. 鼻専用の吸入器にエアゾールに暴露する前に、鼻のみのレストレーナーにロードマウス。また、中に拘束ストレスコントロール動物を読み込みますレストレーナーに室内空気を呼吸します。
   注：用量/応答実験は、時間の異なる量のためのエアゾールに暴露したマウスの複数のグループで構成されています。露光時間は、各グループが、用量/応答実験中に受ける線量を制御するために使用されます。
   1. 角度天井に向けた規制管まで、彼らが脱出しようとして上向きに実行する傾向があるとして、動物をロードしようとしたとき。ロードが周りに回すと、チューブの背中を脱出奨励する一方、ダウンチューブを指差します。マウスの鼻は、チューブの先端に向いていることを確認し、制止のバックエンドに可変位置プランジャーを固定します。
      注：プランジャは、マウスの尾が拘束にある間、マウスは、その体温を調節することを可能にするホルダから突出できるように作られています。
   2. マウスが回転できるようにするために、プランジャーを調整しますが、末尾に頭を回していません。エアロゾルが吸入されるようにします。
   3. 継続的に監視しますマウス拘束チューブ内つつ。プランジャーを配置した後、小さなマウス（<20グラム）は、多くの場合、チューブ内の最後尾に頭を回すためにしようと、彼らは呼吸困難を持っているU-位置を採用します。マウスはめったに尾に頭を回したりしないで、その後、この旋回挙動は、拘束の最初の5分で最も流行しています。

3.エアロゾル送達

1. 吸入器の送達ポートを接続し、プロセス制御ソフトウェアの中からエアロゾル発生器、圧縮空気流制御装置、及び吸入器真空ポンプを活性化するためにストッパーを挿入します。
2. リアルタイムエアロゾルモニターからの読みがエアロゾル濃度が平衡（〜30分、 図2）に来なければならない証明したら、栓を除去し、吸入部にマウスを含む鼻のみの拘束チューブを挿入始めます。薬物にさらされるためにすべてのマウスは、吸入器に接続されるまで繰り返します。
   注：中実験例は、エアロゾル発生器と希釈空気を介して吸入部に供給される全空気流が使用され、動物の曝露ポートのそれぞれに0.5 L /分の流量を供給するように設定されています。例えば、15リットル/分の総空気流が吸入部30個の各ポートを供給するのに十分です。これは、（噴霧化/脱凝集体）を生成するために、マウスの分時換気量、より大きな空気流エネルギーを供給する必要がある（エアロゾル発生器を横切る圧力降下）によって必要とされるよりもはるかに空気流エアロゾルです。
3. 全ての動物は、露光装置にロードされると、プロセス制御ソフトウェアを使用して、絶対フィルタとカスケードインパクターに接続された真空サンプリングポンプをオンにします。
4. すべてのエクスポージャーが完了すると、エアロゾル発生器をオフにして、吸入器からの残りのマウスを削除します。
   注：動物は変更ステーションフード内またはフェースマスクを着用して作業員によって処理されます。エアロゾル送達の終了後、マウスは、rですチューブからemoved及びチューブは、各使用後に消毒されています。

寄託線量の4計算

1. μgの/キログラム堆積投与量^29を算出する（式1）露光のエアロゾル濃度（μg/ L）×分時換気量（L /分）×時間（分）中の薬物の濃度を乗算吸入可能なフラクションX肺沈着の割合をxは体重（kg）で割ます。
2. サンプリング時間（分）を乗じたフィルタ（L /分）を通る空気流量によって絶対フィルタ（μgの）に対する薬物の質量を除することによりエアロゾル濃度（μg/ Lが）を算出します。体重³⁰に基づいてアロメトリー式で、マウスの換気量を推定します。エアロゾルは、非呼吸粒子を除去するために、プレセパレーターを通過させ、そして肺沈着画分を、薬物エアロゾルMMAD（ 図3）を使用してから決定される吸入可能なフラクションは1であります単分散エアロゾルの実験較正曲線（ 図^4）31。

結果

気管支拡張臭化イプラトロピウムは、1mg / mLの濃度で0.9％生理食塩水に溶解しました。 100 mLのシリンジをイプラトロピウム処方溶液を充填したシリンジを1mL /分の流速でジェットネブライザーを供給するように設定したシリンジポンプ（ 図1）に挿入しました。吸入器のための制御システムを作動させることから、薬物エアロゾルを描画するために、ジェットネブライザーに10リットル/分の空気流量、希釈室に5 L /分希釈空気流、真空、空気流の15.5リットル/分を開始します吸入器は、それがマウスの鼻を渡したら。シリンジポンプとリアルタイムエアロゾルモニターのサンプルポンプを活性化させました。リアルタイムエアロゾルモニターは、吸入部におけるエアロゾル濃度が平衡（15-30分、 図2）に来ていた確認した後、二十四のマウスは、吸入器に挿入しました。試料は、絶対フィルタ（1L /分）とカスケード用ポンプインパクタ（0.5L /分）を全てのマウスは、吸入部に接続された一回オンしました。 8匹のマウスの第一群は、45分後、5分後の吸入部、15分後、第二群、第3群から除去しました。気管支収縮^32は、メタコリンの単一噴霧用量呼吸器系抵抗（RRS）の増加として測定した（30mg / mL）を齧歯類呼吸器^33を用いイプラトロピウムを投与後2時間に配信しました。 RBASE（RRS =の％増加さ（Rmaxで割った霧状メタコリンさ（Rmax）の後3分間隔で最大RRSとして算出された各動物についてのRRSのパーセント増加、マイナスメタコリン（RBASE）前のベースライン測定のRRS値-Rbase）/ RBASE）、気管支収縮を定量するために使用しました。

エアロゾル曝露の45分の間、カスケードインパクタフィルタ絶対フィルタ上に堆積したエアロゾルに溶解しました。50％アセトニトリルおよびHPLC（表1）によって定量イプラトロピウムの質量。イプラトロピウムエアロゾルのMMAD X / GSDは1.7×/ 1.5ミクロン（ 図3）と算出されたマウスのための0.037の堆積分率（DF）は、1.7ミクロンのMMAD（ 図4）を有するエアロゾルのために使用しました。エアロゾルは、非呼吸粒子を除去するために、プレセパレーターを通過させたとして吸入可能画分（IF）が1でした。エアロゾル（0.5μgの/ L）でイプラトロピウムの平均濃度は、空気の流量で割った絶対フィルタ（22μgの）上イプラトロピウムの質量から計算したサンプリング時間を乗じたフィルタ（1 L /分）を通して引か（45分間）。マウスの平均体重は0.019キロであり、それらの予測分時換気量は、0.021リットル/分として計算しました。式1、5、15のための堆積投与量、および45分間の露光グループを使用して0.1、0.3、0.9μgの/ kgでした。それぞれ。

=「1」>イプラトロピウムは、8週齢のC57BL / 6マウスに霧状メタコリン誘発気管支収縮を抑制しました。メタコリンは、噴霧投与（ 図5、上パネル）の秒以内にRRSを増加させました。対照群（代わりイプラトロピウムエアロゾルの室内空気にさらされる）のRRSを表す、1.66±0.12 CMH ₂ O * S / mLでの最大値に0.62±0.03 CMH ₂ O * S / mlのベースライン値から増加しましたRRS 168±9％の増加、メタコリンのエアロゾル投与後70秒。呼吸器系の抵抗のパーセントの増加は、イプラトロピウムの吸入用量によって、用量依存的に阻害されました。 RRSのパーセントの増加は、それぞれ、0.1、0.3のイプラトロピウムの吸入堆積用量で、51±9％、79±14％、および89±2％（ 図5、下のパネル）を阻害し、及び0.9μgの/ kgでした。

G」/>
図1：添付の乾燥粉末エアロゾル発生器を有する吸入装置。液体製剤からエアロゾルを生成するために使用されるネブライザは右側に示されています。 1）ライトダスト送り、2）サイクロン、3）シリンジポンプ、4）ジェットネブライザプリセパレータに挿入し、5）希釈空気ミキサ。噴霧エアロゾルを送達する場合、粉塵、フィードサイクロンは、シリンジポンプ、ジェットネブライザー/プレセパレーター、及び希釈空気ミキサーで置換されています。 （オルダム²¹から変更）の拡大図は、吸入部に拘束チューブを挿入することによって作成された動物の鼻の周りの呼吸ゾーンにおけるエアロゾル流路を示します。エアロゾルは、吸入器の中央エアロゾル（灰色）プレナムを満たし、それが外側（白）プレナム内および廃棄物収集フィルタにわずかな真空によって引き戻される動物の鼻へ流出（図示せず）。 PL容易にこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図2：リアルタイムエアロゾルモニターの測定は、吸入器中のエアロゾル濃度は〜エアロゾル発生器をオンにした後30分平衡に達する確認します。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図3：カスケードインパクター（青色の棒グラフ）の各ステージ上に集めイプラトロピウム質量は、エアロゾル粒子サイズ分布のMMADとGSDを計算するために使用される曲線適合（黒色の曲線）と重ね。 お願いしますこの図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図4：鼻のみの吸入により送達するためのエアロゾルMMADの関数としてのマウス肺の成膜フラクション（謝³¹から変更されるように）。粒子についてエアロゾルの0.5μm未満最もが吐き出されると（タバコの煙のような）肺に堆積しないサイズ。 5ミクロンよりも大きい粒子サイズのために、エアロゾルのほとんどが鼻によってフィルタリングされます。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図5：霧状メタコリンadministeによって誘発される呼吸器系の抵抗の急激な増加マウスに赤色を、マウスへの鼻のみの吸入により送達イプラトロピウム（グループあたりN = 8、上パネル）によって遮断されます。イプラトロピウムは、0.1μgの/ kgでのED ₅₀を堆積用量（* P <0.05対対照、下パネル）と呼吸器系の抵抗のメタコリン誘導性の増加を阻害しました。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

MMADおよびGSDを計算するために使用されるカスケードインパクターデータ
段フィルタ	フィルター上イプラトロピウム HPLC（MG）によって	ステージカット 直径（mm）
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

表1：MMADとGSDを計算するために使用されるカスケードインパクターデータ

ディスカッション

げっ歯類の肺への医薬エアロゾルを送達する鼻のみの吸入システム及びその動作について説明しました。鼻専用ホルダーに動物を拘束して空気中の物質に動物を曝露するために一般的に使用される方法です。用量堆積は0.1μg/ kgでのED ₅₀を有するマウスに鼻のみの吸入によって送達された場合の実験を強力にメタコリン誘発気管支収縮を逆転させることができる抗コリン気管支拡張臭化イプラトロピウム^34を実証を行いました。イプラトロピウムの有効用量でより大きい10倍の増加は、気管内送達（ED ₅₀気管= 1.3μgの/ kgを、データは示していない）送達後の気管支拡張のために必要でした。これは、気管内投与^3、5、10によって生成され、肺における薬剤の不均一な堆積パターンによるものです。 10倍と大きい実効線量他の薬剤のための吸入と気管内投与技術との間の差は、他の⁴によって以前に観察されています。

気管内投与により産生さ肺における薬剤の不均一な堆積パターンは、薬物が全身循環に入る速度を減少させ、全身性副作用を見ての可能性を減少させる、肺³⁵によって薬物の吸収を遅くします。したがって、新規吸入薬、鼻のみの吸入送達の安全性/効能（治療指数）を最適化するための^36が使用されるべきです。気管内沈着は、全身循環への肺における誤った高い実効線量と低用量を生成することにより、TIの不正確な推定値を与えます。

吸入経路で配信新薬が開発されているとして、適切にEFを予測するために、前臨床有効性試験からの有効な薬物投与量を変換するために不可欠です臨床試験のためのficaciousヒト用量。 Tuskoの悪名高い死象^37は、一般的に種間の薬物投与量を予測し、種間の薬物投与量が直線的に身体の塊の単純な比較に基づいて推定することがないことをするために相対成長スケーリングを使用するように私たちを思い出させるために文献に引用されています。前臨床効果は³⁸の研究から、人間の薬剤の投与量を予測するために0.67の相対成長指数bに相対成長のアプローチを使用するのが一般的です。マウスを使用して0.9μgの/イプラトロピウムためkgで、0.67のアロメトリー指数0.03キログラムのマウスの体重、及び60キログラムのヒト体重のED _90を吸入しました。 0.07μgの推定ヒトED ₉₀ / kgの（（0.9×（0.03 / 60）。これは予測値我々のマウスデータからの予測ヒト堆積量として算出することができる^{（1から0.67）=} 0.07）が実際の人間と同等ですやる配信から計算することができ0.26μgの/キログラムの有効堆積用量、SE40μgの³⁹の0.4のヒト経口吸入肺沈着画分^{16（（40/60）*} 0.4 = 0.26）を乗じた60キロのヒトの体重で割りました。効果的な人間吸入堆積線量の推定値は、臨床試験⁴⁰のために必要な吸入毒性試験で使用される配信用量を計画するのに役立ちます。

鼻のみの吸入技術を開発する際に特殊な装置や鼻のみの吸入薬物送達のために必要な試験化合物（グラム量）多量の重大な制限であることができます。具体的な用量は（通常は毒性はなく効果の用量/応答）研究のために必要とされる場合に存在動物なしのキャリブレーション実行が必要であり、このキャリブレーション実行が利用可能であることをより多くの薬が必要になります。各薬物/製剤の物理化学的特性が大幅に堆積投与量に影響を与えるのに十分に変化させることができるため、このキャリブレーションの実行が必要です肺における薬剤の。キャリブレーション実行中のエアロゾル発生器への空気と薬物送り速度の最適化が必要な特定の用量のためのエアロゾル粒子の大きさや濃度を達成するために必要とされます。方法で提案されているエアロゾル発生器の空気と薬剤供給速度は妥当な出発点であるが、特定の薬物製剤のための非呼吸（粒径> 5ミリメートル）エアロゾルが生成されること可能性があります。前臨床段階では、そこにキャリブレーションの実行を行うには、多くの場合、十分な薬が使用できず、肺になっている（もしあれば）どのような用量を先験的に知ることは不可能です。また、静電気は、エアロゾル生成プロセス中に生成され、平衡化するためのエアロゾル濃度に要する時間に影響を与えることができます。適切に静電荷を最小化するための機器を接地することが重要です。静電気を最小限にするために別のオプションは、導電性を高めるために、吸入器に供給される空気に湿度を追加することで、粒子²⁵上の静電荷を散逸させます。エアロゾル発生器に供給される空気を加湿する短い（<1時間）投与セッション中の動物の快適さのために必要とされず、より長い投与時間が使用される場合に考慮されるべきです。

薬は、受動鼻のみの吸入または鼻咽頭沈着をバイパスし、直接気管内投与方法により動物の肺に送達することができます。鼻のみの吸入送達は、一般的に吸入毒性⁴¹の分野で使用されているが、控えめに創薬プロセスの初期段階で使用されています。学際的な研究チームは、のために鼻のみの吸入試験実施のために必要とされる：大量の薬物の必要性、策定生成、およびエアロゾルを特徴付けるために必要な専門知識を。複雑な機器を操作し、呼吸器疾患の動物モデルにおける薬効を測定します。本明細書に記載の送達技術は、Smalのを開発するために使用されていますL分子が薬物を吸入が、将来的に吸入生物^42,43を開発するために適用することができます。うまくいけば、この原稿に文書化された手順とヒントは、エアロゾル吸入によって齧歯類に薬物を送達するために必要なスキルを習得するための新たな前臨床創薬・毒物学の研究者が容易になります。

資料

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