Name: intratracheal administration of dry powder formulation in mice
Uploaded: 2020-07-25T15:00:00
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著者らは、レイ・リー氏、HCリョン氏、ウォレス氏に対し、光源と粉末のインスフレーターを作る際の親切な支援に感謝したいと考えている。動物イメージングの支援のための教員コア施設。研究助成金協議会(17300319)によって支援されました。

本研究で行われた実験は、香港大学の生きた動物の教育研究用使用委員会(CULATR)によって承認されています。ルシファーゼメッセンジャーRNA(mRNA)の0.5%を含む噴霧凍結乾燥(SFD)によって調製された乾燥粉末製剤は、5%合成ペプチドPEG12KL4および94.5%のマンニトール(w/w)を肺16におけるmRNA発現を実証するために本研究で使用される。SFD粉末の質量中央値空気力学直径(MMAD)は2...

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	<li>Newman, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+delivery+to+the+lungs:+challenges+and+opportunities.">Drug delivery to the lungs: challenges and opportunities.</a> Therapeutic Delivery. 8 (8), 647-661 (2017).</li><li>Setter, S. M., 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=Inhaled+dry+powder+insulin+for+the+treatment+of+diabetes+mellitus.">Inhaled dry powder insulin for the treatment of diabetes mellitus.</a> Clinical Therapeutics. 29 (5), 795-813 (2007).</li><li>Muralidharan, P., Hayes, D., Mansour, H. 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K., 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=Proof-of-Principle+Study+in+a+Murine+Lung+Infection+Model+of+Antipseudomonal+Activity+of+Phage+PEV20+in+a+Dry-Powder+Formulation.">Proof-of-Principle Study in a Murine Lung Infection Model of Antipseudomonal Activity of Phage PEV20 in a Dry-Powder Formulation.</a> Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 62 (2), (2018).</li><li>Ito, T., Okuda, T., Takayama, R., 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=Establishment+of+an+Evaluation+Method+for+Gene+Silencing+by+Serial+Pulmonary+Administration+of+siRNA+and+pDNA+Powders:+Naked+siRNA+Inhalation+Powder+Suppresses+Luciferase+Gene+Expression+in+the+Lung.">Establishment of an Evaluation Method for Gene Silencing by Serial Pulmonary Administration of siRNA and pDNA Powders: Naked siRNA Inhalation Powder Suppresses Luciferase Gene Expression in the Lung.</a> Journal of pharmaceutical sciences. 108 (8), 2661-2667 (2019).</li><li>Patil, J. 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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>

本論文では乾燥粉末の浸潤と気管内挿管用のカスタムメイドの装置を紹介する。粉末ローディングステップでは、乾燥粉末を200 μLのゲルローディングピペットチップに積み込みます。先端の狭い端で粉の緩いパッキングを可能にするために、先端を軽くタップすることが重要です。ただし、粉末が固く詰めすぎると、先端に詰まり、適切に分散することはできません。特に低密度で相対湿度...

肺投与経路は、局所的および全身的な行動の両方の治療薬を提供する上で様々な利点を提供する。肺疾患の治療のために、高い局所薬物濃度は肺分娩によって達成され、それにより必要な用量を減少させ、全身的な副作用の発生率を低下させる。さらに、肺における比較的低い酵素活動は、早期薬物代謝を減少させることができる。肺はまた、大きく、よく浸透した表面積、極めて薄い上皮細胞層および肺毛細血管における高血中量による全身作用のための薬物吸収のために有効である1。
吸入乾燥粉末製剤は、喘息、慢性閉塞性肺疾患、糖尿病および肺ワクチン接種2、3、4などの様々な疾患の予防および治療のために広く検討されている。固体状態の薬物は、一般的に液体の形態よりも安定しており、乾燥粉末吸入器はネブライザー5、6よりも携帯性と使いやすさである。吸入乾燥粉末製剤の開発において、安全性、薬物動態プロファイルおよび治療効果は、肺投与7に続く前臨床動物モデルにおいて評価される必要がある。乾燥粉末を積極的に吸い込むことができる人間とは異なり、乾燥粉末を小動物に肺分娩することは困難である。動物の肺に乾燥粉末を送達する効率的なプロトコルを確立する必要があります。
マウスは経済的で繁殖性が高いため、研究動物モデルとして広く使用されています。彼らはまた、扱いやすく、多くの疾患モデルが確立されています。マウスの肺に乾燥粉末を投与する2つの主要なアプローチがあります: 吸入と気管内投与.吸入のために、マウスは乾燥粉末がエアロゾル化され、動物がセデレーション8、9なしでエアロゾルで呼吸する全身または鼻のみのチャンバーに置かれる。高価な機器が必要であり、薬物送達効率が低い。全身室は技術的にはそれほど難しいかもしれませんが、鼻のみの暴露室は身体表面への薬物の暴露を最小限に抑えることができます。いずれにせよ、肺に送達される用量を正確に制御し、決定することは依然として困難である。乾燥粉末は主に、粘液性クリアランスが顕著である鼻咽頭領域に堆積する10.また、チャンバー内のマウスは、食糧および水供給11を制約し、奪われるため、投与プロセス中に大きなストレスを受けている。気管内投与の場合、一般的に気管内に直接物質を導入することをいう。これを達成するための2つの異なる技術があります:気管切開術と口内挿管。前者は、侵襲的で粉末投与にめったに使用されない気管の切開を行う外科的処置を必要とする。ここでは、2 番目のテクニックのみを説明します。吸入方法と比較して、気管内投与は、薬物損失を最小限に抑える12,13の高い送達効率のためにマウスでの肺送達のためにより一般的に使用される方法である。これは、マウスに数ミリグラム以内の粉末を正確に少量を提供する簡単で迅速な方法です。マウスはヒトに対して解剖学的および生理的に区別され、挿管過程では麻酔が必要であるが、気管内投与は上気道をバイパスし、肺吸収、生体利用能および治療効果14、15などの乾燥粉末製剤の生物学的活性を評価するより効果的な方法を提供する。
乾燥粉末を気管内に投与するには、マウスを挿管する必要があり、これは困難である可能性があります。本論文では、カスタムメイドのドライパウダーインスフレーターと挿管装置の製造について説明する。マウスの肺における乾燥粉末の挿管および浸潤の手順が実証されている。

<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

吸入可能な乾燥粉末製剤の開発では、前臨床動物モデルにおけるそれらの生物学的活性を評価することが不可欠である。本論文では、マウスにおける乾燥粉末製剤の非侵襲的な方法を紹介する。3方向のストップコックを介して1 mLシリンジに接続された200 μLのゲルローディングピペットチップから成る乾燥粉末ローディング装置が提示されます。少量の乾燥粉末(1〜2mg)をピペットチップに装填し、0.6mLの空気をシリンジに分散させます。ピペットチップは使い捨てで安価であるため、異なる乾燥粉末製剤を事前に異なるチップにロードすることができます。様々な製剤は、デバイスの洗浄および用量補充なしで同じ動物実験で評価することができ、それによって時間を節約し、残留粉末からの交差汚染のリスクを排除する。粉末分散の程度は、ピペットチップに残っている粉末の量によって検査することができる。カスタムメイドの光源と導くカニューレを使用したマウスの挿管のプロトコルが含まれています。適切な挿管は、マウスの深部肺領域への乾燥粉末製剤の気管内送達に影響を与える重要な要因の1つである。

乾燥粉末インスフレーターを使用して動物の肺に粉末エアロゾルを送達する場合、使用される空気の量は、安全性と粉末分散効率に影響を与えるため、非常に重要です。この方法を最適化するために、異なる量の空気(0.3mL、0.6mLおよび1.0mL)を用いて乾燥粉末(1mgの噴霧乾燥マンイトール)を分散させ、マウスの体重を投与後48時間監視した(図6)。0.3 mLおよび0.6 mLの空気の使?...

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Intratracheal Administration of Dry Powder Formulation in Mice

吸入用の乾燥粉末製剤は、呼吸器疾患の治療に大きな可能性を秘めています。ヒト研究に入る前に、前臨床試験における乾燥粉末製剤の有効性を評価する必要がある。気管内経路を介したマウスにおける乾燥粉末の投与の簡便かつ非侵襲的な方法が提示される。

マウスにおける乾燥粉末製剤の気管内投与

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

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel Surgical Approach for Intratracheal Administration of Bioactive Agents in a Fetal Mouse Model

胎児のマウスモデルにおける生物活性剤の気管内投与のための新しい手術アプローチ

Prenatal pulmonary delivery of cells, genes or pharmacologic agents could provide the basis for new therapeutic strategies for a variety of genetic and ...

Intranasal Administration of CNS Therapeutics to Awake Mice

アウェイクマウスに対する中枢神経系治療薬の経鼻投与

Intranasal administration is a method of delivering  therapeutic agents to the central nervous system (CNS). It is  non-invasive and allows large ...

Carotid Artery Infusions for Pharmacokinetic and Pharmacodynamic Analysis of Taxanes in Mice

マウスにおけるタキサンの薬物動態学的および薬力学的分析のための頸動脈煎茶

When proposing the use of a drug, drug combination, or drug delivery into a novel system, one must assess the pharmacokinetics of the drug in the study ...

Dry Powder and Nebulized Aerosol Inhalation of Pharmaceuticals Delivered to Mice Using a Nose-only Exposure System

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

Obstructive respiratory diseases like asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are currently treated by inhaled anti-inflammatory and ...

A Pleural Effusion Model in Rats by Intratracheal Instillation of Polyacrylate/Nanosilica

ポリアクリル酸/ナノシリカの気管内投与によるラットの胸水貯留モデル

Pleural effusion is a prevalent clinical finding of many pulmonary diseases. Having a useful animal pleural effusion model is very important to study ...

Inducing Acute Lung Injury in Mice by Direct Intratracheal Lipopolysaccharide Instillation

直接気管内リポ多糖刺激によるマウスの急性肺損傷の誘導

Airway administration of lipopolysaccharide (LPS) is a common way to study pulmonary inflammation and acute lung injury (ALI) in small animal models. ...

Establishment of a Severe Dry Eye Model Using Complete Dacryoadenectomy in Rabbits

ウサギにおける完全なダクリオアデネクトー切除術を用いた重症ドライアイモデルの確立

Dry eye disease (DED) is a complex disease with multiple etiologies and variable symptoms, having ocular surface inflammation as its key pathophysiologic ...

Intratracheal Instillation of Stem Cells in Term Neonatal Rats

期産期新生児ラットにおける幹細胞の気管内植在

Prolonged exposure to high concentrations of oxygen leads to inflammation and acute lung injury, which is similar to human bronchopulmonary dysplasia ...

A Minimally Invasive Method for Intratracheal Instillation of Drugs in Neonatal Rodents to Treat Lung Disease

肺疾患を治療するための新生児げっ歯類における薬物の気管内点滴のための低侵襲方法

Treatment of neonatal rodent with drugs instilled directly into the trachea could serve as a valuable tool to study the impact of a locally administered ...