Name: intratracheal administration of dry powder formulation in mice
Uploaded: 2020-07-25T15:00:00
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Gli autori ringraziano i sig. e la Facoltà Core Facility per l'assistenza nell'imaging animale. Il lavoro è stato sostenuto dal Research Grant Council di Hong Kong (17300319).

Gli esperimenti condotti in questo studio sono stati approvati dal Committee on the Use of Live Animals for Teaching and Research (CULATR), The University of Hong Kong. Formulazioni in polvere secca preparate mediante liofilizzazione spray (SFD) contenenti lo 0,5% dell'RNA messaggero luciferasi (mRNA), il 5% di peptide sintetico PEG12KL4 e il 94,5% del mannitolo (w/w) sono utilizzate in questo studio per dimostrare l'espressione di mRNAnel polmone 16. Il diametro aerodinamico mediano di...

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F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+aerosol+generator+for+homogenous+distribution+of+powder+over+the+lungs+after+pulmonary+administration+to+small+laboratory+animals.">A novel aerosol generator for homogenous distribution of powder over the lungs after pulmonary administration to small laboratory animals.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 88 (3), 1056-1063 (2014).</li><li>Hoppentocht, M., Hoste, C., Hagedoorn, P., Frijlink, H. W., de Boer, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+evaluation+of+the+DP-4M+PennCentury+insufflator.">In vitro evaluation of the DP-4M PennCentury insufflator.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 88 (1), 153-159 (2014).</li><li>Liao, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+and+highly+dispersible+voriconazole+dry+powders+produced+by+spray+freeze+drying+for+pulmonary+delivery+with+efficient+lung+deposition.">Porous and highly dispersible voriconazole dry powders produced by spray freeze drying for pulmonary delivery with efficient lung deposition.</a> International Journal of Pharmaceutics. 560, 144-154 (2019).</li><li>Ito, T., Okuda, T., Takashima, Y., Okamoto, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naked+pDNA+Inhalation+Powder+Composed+of+Hyaluronic+Acid+Exhibits+High+Gene+Expression+in+the+Lungs.">Naked pDNA Inhalation Powder Composed of Hyaluronic Acid Exhibits High Gene Expression in the Lungs.</a> Molecular Pharmaceutics. 16 (2), 489-497 (2019).</li><li>Chaurasiya, B., Zhou, M., Tu, J., Sun, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+validation+of+a+simple+device+for+insufflation+of+dry+powders+in+a+mice+model.">Design and validation of a simple device for insufflation of dry powders in a mice model.</a> European Journal of Pharmaceutical Sciences. 123, 495-501 (2018).</li></ol>

In questo documento vengono presentati dispositivi su misura per l'insufflazione di polvere secca e l'intubazione intratracheale. Nella fase di caricamento della polvere, la polvere secca viene caricata in una punta di pipetta a caricamento in gel da 200 μL. È importante toccare delicatamente la punta per consentire l'impacchettamento sciolto della polvere all'estremità stretta della punta. Tuttavia, se la polvere è imballata troppo strettamente, rimarrà bloccata nella punta e non può essere adeguatamente dispersa....

La via polmonare di somministrazione offre vari vantaggi nel fornire terapie sia per le azioni locali che sistemiche. Per il trattamento delle malattie polmonari, l'alta concentrazione locale di farmaci può essere ottenuta con l'erogazione polmonare, riducendo così la dose richiesta e abbassando l'incidenza di effetti collaterali sistemici. Inoltre, le attività enzimatiche relativamente basse nel polmone possono ridurre il metabolismo precoce dei farmaci. I polmoni sono anche efficienti per l'assorbimento del farmaco per l'azione sistemica a causa della superficie ampia e ben perfusa, dello strato cellulare epiteliale estremamente sottile e dell'alto volume sanguigno nei capillaripolmonari 1.
Le formulazioni in polvere secca inalato sono state ampiamente studiate per la prevenzione e il trattamento di varie malattie come asma, broncopneumopatia cronica ostruttiva, diabete mellito e vaccinazionepolmonare 2,3,4. I farmaci allo stato solido sono generalmente più stabili che nella forma liquida e gli inalatori a polvere secca sono più portatili e facili da usare rispetto ai nebulizzatori5,6. Nello sviluppo di formulazioni in polvere secca inalato, la sicurezza, il profilo farmacocinetico e l'efficacia terapeutica devono essere valutati in modelli animali preclinici dopo somministrazione polmonare7. A differenza degli esseri umani che possono inalare attivamente polvere secca, la consegna polmonare di polvere secca ai piccoli animali è impegnativa. È necessario stabilire un protocollo efficiente per fornire polvere secca ai polmoni degli animali.
I topi sono ampiamente utilizzati come modelli animali da ricerca perché sono economici e si riproducono bene. Sono anche facili da maneggiare e molti modelli di malattia sono ben consolidati. Esistono due approcci principali per somministrare polvere secca al polmone del topo: inalazione e somministrazione intratracheale. Per l'inalazione, il topo viene posto in una camera per tutto il corpo o solo per il naso in cui la polvere secca viene aerosolizzata e gli animali respirano nell'aerosol senza sedazione8,9. Sono necessarie attrezzature costose e l'efficienza di somministrazione dei farmaci è bassa. Mentre la camera di tutto il corpo può essere tecnicamente meno impegnativa, la camera di esposizione solo al naso potrebbe ridurre al minimo l'esposizione dei farmaci alla superficie corporea. Indipendentemente da ciò, è ancora difficile controllare e determinare con precisione la dose somministrata ai polmoni. La polvere secca viene depositata principalmente nella regione del nasofaringe dove lo sgombero mucociliare è prominente10. Inoltre, i topi all'interno della camera sono sotto stress significativo durante il processo di somministrazione perché sono vincolati e privati dell'approvvigionamento di cibo eacqua 11. Per la somministrazione intratracheale, si riferisce generalmente all'introduzione della sostanza direttamente nella trachea. Ci sono due diverse tecniche per raggiungere questo obiettivo: la tracheotomia e l'intubazione orotracheale. Il primo richiede una procedura chirurgica che faccia un'incisione nella trachea, che è invasiva e raramente utilizzata per la somministrazione della polvere. Qui viene descritta solo la seconda tecnica. Rispetto al metodo di inalazione, la somministrazione intratracheale è il metodo più comunemente usato per la consegna polmonare nel topo a causa della sua elevata efficienza di consegna con una perdita minimadi farmaci 12,13. È un metodo semplice e veloce per fornire con precisione una piccola quantità di polvere entro pochi milligrammi al topo. Sebbene il topo sia anatomicamente e fisiologicamente distinto dall'uomo e l'anestesia sia richiesta durante il processo di intubazione, la somministrazione intratracheale aggira le vie respiratorie superiori e offre un modo più efficace per valutare le attività biologiche della formulazione della polvere secca come l'assorbimento polmonare, la biodisponibilità e gli effetti terapeutici14,15.
Per somministrare polvere secca intratrachealmente, il mouse deve essere intubato, il che potrebbe essere impegnativo. In questo documento viene descritta la fabbricazione di un insufflatore di polvere secca su misura e di un dispositivo di intubazione. Vengono dimostrate le procedure di intubazione e insufflazione di polvere secca nel polmone del topo.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>BALB/c mouse</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Female; 7-9 weeks old; Body weight 20-25 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CleanCap Firefly Luciferase mRNA</td>
			<td>TriLink Biotechnology</td>
			<td>L-7602</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry Powder Insufflator</td>
			<td>PennCentury</td>
			<td>Model DP-4M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine 10%</td>
			<td>Alfasan International B.V.</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light emitting diode (LED) torch</td>
			<td>Unilite Internation</td>
			<td>PS-K1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol (Pearlitol 160C)</td>
			<td>Roquette</td>
			<td>450001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-filter round gel loading pipette tip (200 &#181;L)</td>
			<td>Labcon</td>
			<td>1034-800-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nylon floss</td>
			<td>Reach</td>
			<td>30017050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>One milliliter syringe without needle</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>SS-01T</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical fibre</td>
			<td>Fibre Data</td>
			<td>OMPF1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEG12KL4 peptide</td>
			<td>EZ Biolab</td>
			<td></td>
			<td>(PEG12)-KLLLLKLLLLKLLLLKLLLLK-NH2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic Pasteur fine tip pipette</td>
			<td>Alpha Labotatories</td>
			<td>LW4061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three-way stopcock</td>
			<td>Braun</td>
			<td>D201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine 2%</td>
			<td>Alfasan International B.V.</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zerostat 3 anti-static gun</td>
			<td>MILTY</td>
			<td>5036694022153</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

intratracheal administration of dry powder formulation in mice

Nello sviluppo di formulazioni in polvere secca inalabile, è essenziale valutare le loro attività biologiche in modelli animali preclinici. Questo documento introduce un metodo non invasivo di somministrazione intratracheale della formulazione della polvere secca nei topi. Viene presentato un dispositivo di caricamento a polvere secca costituito da una punta di pipetta di caricamento in gel da 200 μL collegata a una siringa da 1 ml tramite un fermacock a tre vie. Una piccola quantità di polvere secca (1-2 mg) viene caricata nella punta della pipetta e dispersa di 0,6 ml di aria nella siringa. Poiché le punte delle pipette sono usa e getta ed economiche, diverse formulazioni di polvere secca possono essere caricate in diverse punte in anticipo. Varie formulazioni possono essere valutate nello stesso esperimento animale senza pulizia del dispositivo e riempimento della dose, risparmiando così tempo ed eliminando il rischio di contaminazione incrociata dalla polvere residua. L'entità della dispersione della polvere può essere ispezionata dalla quantità di polvere rimanente nella punta della pipetta. È incluso un protocollo di intubazione nel mouse con una sorgente luminosa su misura e una cannula guida. La corretta intubazione è uno dei fattori chiave che influenza l'erogazione intratracheale della formulazione della polvere secca nella regione polmonare profonda del topo.

Quando un insufflatore di polvere secca viene utilizzato per fornire aerosol di polvere al polmone di un animale, il volume d'aria utilizzato è fondamentale in quanto influisce sulla sicurezza e sull'efficienza di dispersione della polvere. Per ottimizzare il metodo, sono stati utilizzati diversi volumi d'aria (0,3 mL, 0,6 mL e 1,0 mL) per disperdere la polvere secca (1 mg di mannito essiccato a spruzzo) e il peso dei topi è stato monitorato per 48 ore dopo lasomministrazione (figura 6). L...

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Intratracheal Administration of Dry Powder Formulation in Mice

Le formulazioni in polvere secca per inalazione hanno un grande potenziale nel trattamento delle malattie respiratorie. Prima di entrare in studi sull'uomo, è necessario valutare l'efficacia della formulazione della polvere secca in studi preclinici. Viene presentato un metodo semplice e non invasivo per la somministrazione di polvere secca nei topi attraverso la via intratracheale.

Somministrazione intratracheale della formulazione di polvere secca nei topi

In the development of inhalable dry powder formulations, it is essential to evaluate their biological activities in preclinical animal models. This paper ...

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