Entrega de drogas baseada em bomba osmótica para pesquisa de remyelination in vivo sobre o sistema nervoso central
Summary
A desmielinização ocorre em múltiplas doenças do sistema nervoso central. Uma técnica confiável de entrega de medicamentos in vivo é necessária para remyeliar testes de drogas. Este protocolo descreve um método baseado em bomba osmótica que permite a entrega de drogas a longo prazo diretamente no parenchyma cerebral e melhora a biodisponibilidade da droga, com ampla aplicação em pesquisas de remyelination.
Abstract
A desmielinização foi identificada não apenas na esclerose múltipla (EM), mas também em outras doenças do sistema nervoso central, como a doença de Alzheimer e o autismo. Como as evidências sugerem que a remyelination pode efetivamente amenizar os sintomas da doença, há um foco crescente no desenvolvimento de medicamentos para promover o processo de regeneração da mielina. Assim, é necessária uma técnica de entrega de medicamentos selecionável e confiável para resultados para testar a eficiência e especificidade desses medicamentos in vivo. Este protocolo introduz o implante da bomba osmótica como uma nova abordagem de entrega de drogas no modelo de rato de desmielinização induzido por lisecitina. A bomba osmótica é um pequeno dispositivo implantável que pode contornar a barreira hemencefálica (BBB) e entregar drogas de forma constante e direta para áreas específicas do cérebro do camundongo. Também pode melhorar efetivamente a biodisponibilidade de drogas como peptídeos e proteínas com uma meia-vida curta. Portanto, este método é de grande valor para o campo da pesquisa de regeneração de mielina do sistema nervoso central.
Introduction
A bomba osmótica é um pequeno dispositivo implantável de liberação de soluções. Pode ser usado para parto sistêmico quando implantado subcutâneamente ou na cavidade abdominal. A superfície da bomba osmótica é uma membrana semi-permeável, e seu lado interno é uma camada permeável. A bomba osmótica opera usando a diferença de pressão osmótica entre a camada osmótica e o ambiente tecidual onde a bomba é implantada. A alta osmolalidade da camada osmótica faz com que a água do tecido flua para a camada osmótica através da membrana semi-permeável na superfície da bomba. A camada osmótica expande e comprime o reservatório flexível dentro da bomba, deslocando assim a solução do reservatório flexível a uma determinada taxa por uma longa duração1. A bomba possui três volumes diferentes de reservatório, 100 μL, 200 μL e 2 mL, com suas taxas de entrega variando de 0,11 μL/h a 10 μL/h. Dependendo do tipo de bomba selecionada, o dispositivo pode operar de 1 dia a 6 semanas2. Neste protocolo, é utilizada uma bomba osmótica de 100 μL com uma taxa de transferência de 0,25 μL/h que pode operar por 14 dias.
Na década de 1970, a bomba osmótica tinha sido usada em pesquisas de neurociência 3,4. Por exemplo, Wei et al. adotaram a abordagem da bomba osmótica para injetar peptídeos opioides no ventrículo em um estudo sobre o vício em drogas3. Após a melhoria contínua, a bomba osmótica tem sido usada agora no estudo da entrega controlada de milhares de drogas, incluindo peptídeos, fatores de crescimento, drogas viciantes, hormônios, esteroides, anticorpos, e assim por diante. Além disso, com cateteres especiais (Kits de Infusão Cerebral) ligados, pode ser usado para infusão direcionada a tecidos ou órgãos específicos, incluindo a medula espinhal, cérebro, baço e fígado 5,6,7.
No estudo da remielinação, muitas drogas têm sido demonstradas para promover a regeneração da mielina in vitro, mas a maioria deles não tem alcançado efeitos significativos in vivo, possivelmente devido à falta de um método de administração adequado. Métodos tradicionais de administração, como injeção intraperitoneal, injeção subcutânea e administração intragástrica têm limitações na biodisponibilidade dos medicamentos. Além disso, algumas drogas têm má permeabilidade da barreira hematoencefálica, o que prejudica seu acesso ao parênquim cerebral. Juntas, essas limitações exigem um novo método de entrega eficiente. Em combinação com os kits de infusão cerebral, as bombas osmóticas podem contornar a barreira hematoencefálica e entregar drogas diretamente ao corpo caloso, o que efetivamente melhora a biodisponibilidade de drogas, especialmente para alguns polipeptídeos e drogas proteicas com uma meia-vida curta. Portanto, a bomba osmótica como uma nova técnica de entrega de drogas é de grande valor para o campo da pesquisa de regeneração de mielina do sistema nervoso central. A aplicação desta técnica será introduzida em detalhes abaixo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve a bomba osmótica como uma nova técnica de entrega de medicamentos para a pesquisa de regeneração de mielina, que pode fornecer medicamentos diretamente ao local de tratamento e permitir a entrega consistente de medicamentos por um período prolongado, criando uma concentração estável de drogas no microambiente do sistema nervoso central em toda a duração experimental. Em comparação com outros métodos de entrega de medicamentos, a bomba osmótica é mais propícia para manter a concentr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por subsídios da National Nature Science Foundation of China (NSFC 32070964, 31871045) à J.N. e à Shenzhen Basic Research Foundation (JCYJ20210324121214039) a Y.S.
Materials
| Anesthesia Air Pump | RWD | R510-29 | E05818-006 |
| Brain Infusion kit 3 | ALZET | 0008851 | 1-3 mm |
| Carprofen | Macklin | C830557-1g | 5 mg/kg every 24 h |
| Erythromycin eye ointment | Along technology | YCKJ-RJ-024780 | Cover the surface of the eyeballs during anesthesia |
| Erythromycin ointment | pythonbio | RG180 | |
| Gas Evacuation Apparatus | RWD | R546W | E05518-002 |
| L-α-Lysophosphatidylcholine | Sigma | L0906 | Dissolve at 1% with sterile PBS |
| Microliter Syringe | Hamilton | 65460-05 | Syringe Series:1700, 10 µL, 33 gauge |
| Micro-smotic pump model 1002 | ALZET | 0004317 | 0.25 µL per hour, 14 days |
| PBS (pH = 7.3) | ORIGENE | ZLI-9061 | |
| Pentobarbital sodium | Shanghai Civi | CAS NO: 57-33-0 | 150-200 mg/kg intraperitoneal injection for euthanasia |
| Small Animal Anesthesia Machine | RWD | R520IE | E05807-006 M |
| Stereotaxic Equipment | RWD | E06382 | |
| STERI 250 sterilizer | Keller | 31101 | Rapid sterilization of surgical instruments |
| Surgical sutures | Shanghai jinhuan | F504 | 5-0 |
| Syringe needle (1 mL) | Shanghai KDL | 6930197811018 | 26 gauge (0.45 mm x 16 mm) |
| Testing drug and solvent | Experiment dependent | N/A | |
| ThermoStar Homeothermic Monitoring System | RWD | 69026 | Maintain body temperature during anesthesia |
| Vetbond Tissue adhesive | 3M | 1469SB | Secure the brain infusion cannula , Adhere the skin incision |
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