マウスへの乾燥粉末送達を目的としたディスポーザブルドセーター

要約

医薬品の乾燥粉末の開発には、信頼性の高い in vivo 試験が必要であり、多くの場合、マウスモデルを使用します。乾燥粉末エアロゾルを正確かつ再現性よくマウスに送達するデバイス技術には限界があります。この研究は、マウスに関連する用量での肺薬物送達用の使い捨て投与剤を提示し、初期の概念実証研究を支援します。

要約

乾燥粉末吸入器は、安定した固体薬物製剤、デバイスの携帯性、ボーラスの計量と投与、推進剤を含まない分散メカニズムなど、薬物を肺に送達するための多くの利点を提供します。医薬品の乾燥粉末エアゾール製品の開発には、堅牢な in vivo 試験が不可欠です。通常、最初の研究では、より大きな動物種で正式な研究を行う前に、予備評価のためにマウスモデルを使用します。しかし、このアプローチの大きな限界は、乾燥粉末を小動物に正確かつ再現性よく送達するための適切なデバイス技術が不足しており、そのようなモデルの有用性を妨げていることです。これらの課題に対処するために、マウスに適した用量の乾燥粉末を肺内に送達するために特別に開発されたディスポーザブルシリンジ投与器。これらのドーセータは、均一な嵩密度の粉床から得られた所定量の粉体を装填して送達する。この離散的な制御は、鈍い針を一定の深さまでパウダーベッドに挿入し(タンピング)、毎回一定量を除去することによって実現されます。特に、この投与パターンは、さまざまな噴霧乾燥粉末に効果的であることが証明されています。4つの異なるモデルの噴霧乾燥粉末を用いた実験では、投与量は30〜1100μgの範囲の投与量を達成する能力を示しました。達成された用量は、タンプの数、投与針のサイズ、および使用される特定の製剤などの要因によって影響を受けました。これらの投与器の主な利点の1つは、製造が容易で、最初の概念実証研究中に乾燥粉末をマウスに送達するための入手しやすく、費用対効果が高いことです。ドーセーターは使い捨てであるため、再利用可能なシステムや計量材料の洗浄や補充が不便な動物処置室での使用が容易です。このように、使い捨てシリンジ投与器の開発は、概念実証研究のためのマウス乾燥粉末送達における大きなハードルに対処し、研究者が肺薬物送達のための小動物モデルでより正確で再現性の高い予備研究を行うことを可能にしました。

概要

肺薬物送達のための乾燥粉末吸入器(DPI)の使用は、クロロフルオロカーボン噴射剤の世界的な段階的廃止により、過去30年間で大きな関心を集めてきました^1,2。DPIは、定量吸入器やネブライザーなどの他の肺送達システムに比べて、製剤の安定性、携帯性、使いやすさ、推進剤を含まない分散メカニズムなど、多くの利点を提供します²。しかし、DPI製品を臨床翻訳に移行する前に、いくつかの前臨床試験を実施する必要があり、その多くは最初にマウスモデルを使用して完了します。しかし、乾燥粉末を小動物に正確かつ再現性よく送達するための技術は限られています。

マウスなどの小動物に乾燥粉末を送達する一般的な方法には、受動吸入3,4,5,6,7および直接投与8,9,10,11,12,13が含まれる。受動吸入では、通常、十分なエアロゾル雲を準備するために、大量の噴霧乾燥粉末を利用するカスタムチャンバーが必要です。マウスは義務的な鼻呼吸¹⁴であるため、受動的吸入による送達は、粉末が肺に到達するために鼻と喉を通過する必要があり、十分な粒子の空気力学的特性を備えたエアロゾル雲の維持を必要とする^7,8。正常な呼吸の結果としての吸入による直接送達よりも生理学的に関連する有用な技術^{であるが14}、粉末の質量が限られている初期の研究には適していない可能性がある。

あるいは、直接乾燥粉末送達のための多くの気管内送達装置が報告されている8,9,10,11,12,13。気管内装置は鼻と喉をバイパスし、粉末を肺に直接送達し、送達された用量をより細かく制御できるようにします¹⁴。さらに、いくつかのデバイス、特にタンピングローディング手順⁹を使用して調製されたデバイスは、より少量で調製することができ、これは、最初の概念実証研究のための重要な考慮事項である。普遍的に利用可能な気管内送達装置の欠如は、それらの使用の可能性を妨げ、利用可能性を制限し、検査室間の違いにつながっています¹⁴。本研究では、乾燥粉末エアロゾル開発におけるマウス実験の概念実証研究に活用できる、簡便で安価な使い捨て気管内投与用ドセーターを提案する。

プロトコル

すべての動物実験は、動物福祉法および実験動物の人道的な管理と使用に関する公衆衛生サービス方針に従って実施されました。研究プロトコルは、テネシー大学健康科学センターの施設動物管理および使用委員会によって承認されました。生後6~8週齢の健康な雌のBALB/cマウスに、スペクチンアミド1599乾燥粉末を用いた薬物動態研究のために、肺内エアロゾル送達により1剤の乾燥粉末含有量を^{投与した9}。動物は市販の供給源から入手した( 資料表参照)。

1. 投与剤と充填成分の調製

1. 2.54 cm(1インチ)の鈍いステンレス鋼針(21〜25 G)のプラスチックルアー部分を、精密切断鋸(材料表を参照)またはベルトサンダーを使用して、プラスチックルアーの2〜3 mmが残るまでトリミングします(図1Aおよび図2A)。
   注意: ベルトサンダーを使用する場合は、細い針またはワイヤーを使用してステンレス鋼の針をクリーニングし、作成された可能性のある障害物を取り除く必要がある場合があります。
2. 0.6mLのコニカル遠心チューブの先端(1〜1.5 cm)を切り取ります。チューブの先端に30〜35mgの粉末を入れます。
   注:本研究に用いた粉末例の詳細については、代表的な結果を参照してください。粉末エアロゾルの性能は、USP一般章<601>に記載されている標準的な方法論に従って、このアプリケーションで使用する前に評価する必要があります( 材料表を参照)。
3. 粉末を保管および/または輸送する場合は、チューブキャップ(切断)を使用してバイアルを閉じます。保管および/または輸送時に周囲の湿気への粉末の暴露を最小限に抑えるために、パラフィンフィルムで密封します。

2. 投薬器の装填と組み立て

1. トリミングしたステンレス製ニードルを 0.6 mL コニカル遠心チューブチップの粉末床に、必要な回数だけタンピングして、目的の用量を達成します(図 2B)。ステンレス製の針の側面を糸くずの少ないワイパーでそっと拭き、余分な粉を取り除きます(図3)。
2. 装填したステンレス鋼針を3.81 cm(1.5インチ)のポリプロピレンまたは5.08 cm(2インチ)のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)針(16〜20 G)(材料表を参照)にそっと挿入して、粉末が抜けないようにします(図1B、Cおよび図2C)。

3. 作動剤

1. 使い捨てシリンジを希望の量まで引き戻しますが、これは用途によって異なる場合があります。
   注:マウスの肺内投与の場合、0.15〜0.6 mLが通常適切です^8,9。
2. シリンジをポリプロピレンまたはPTFEニードルのルアーロックに取り付けます(図2D)。
3. 投与剤の針先を目的のターゲットに挿入します。粉体の含有量と再現性を分析するには、医薬品有効成分(API)の物理的特性と定量方法に応じて、溶媒の同一性と容量が異なる少量(例:1〜5 mL)の水および/または有機溶媒(エタノールなど)を含むバイアルに、穴あきゴムセプタムまたはパラフィンフィルムを通して針を挿入します。
   1. マウスへの送達のために、確立されたプロトコル^に従って麻酔をかけられたマウスの気管の最初の気管支の分岐部まで針を挿入しなさい^9,15。
4. シリンジを強く押し下げ、粉末をデバイスから回収バイアルに排出します(図2E)。
   注:粉末をマウスの肺に送達する場合も同じ手法に従う必要があります。
5. 回収バイアルの含有量と再現性を分析するには、紫外可視(UV-Vis)分光光度法や高速液体クロマトグラフィー(HPLC)など、特定のAPIに適した分析方法を利用します。

結果

さまざまな噴霧乾燥粉末のエアロゾル性能は、この研究で使用する前に確立されました。空力粒子径分布(APSD)は、50^パーセンタイル(d₅₀)で分布を2つに分割するサイズを表す質量中央空力直径(MMAD)と、分布の幅を反映する幾何学的標準偏差(GSD)によって表されました。GSD は、80^パーセンタイルの空力直径の平方根を 16 パーセンタイルの平方根 (d₈₄/d₁₆)1^...

ディスカッション

マウスは必須の鼻呼吸者であるため、最初の概念実証研究のための受動的吸入による送達は、粒子特性と粉末分散効率に依存する方法で粉末が鼻と喉を通過する必要があるため、効率と用量の推定を困難にします^7,8,14。本明細書で開発された投薬器の使用は、鼻および喉を迂回し、投与器を第1気管支分岐部

資料

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