وحدة استنشاق الموصوفة هنا يمكن أن تولد، عينة لتوصيف، وإيداع موحد الهباء الجوي المخدرات في الرئتين القوارض. وهذا يتيح للتقرير ما قبل السريرية من فعالية وسلامة جرعات المخدرات تودع في الرئتين. بيانات أساسية تمكن تطوير الأدوية المستنشقة السريرية.
يتم التعامل مع أمراض الجهاز التنفسي مثل الربو الانسداد المزمن ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD) حاليا العقاقير المضادة للالتهابات وقصبي المستنشقة. وعلى الرغم من توافر علاجات متعددة، سواء الأمراض تتزايد المخاوف الصحية العامة. غالبية مرضى الربو يتم التحكم جيدا في العلاجات المستنشقة الحالية ولكن عددا كبيرا من المرضى الذين يعانون من الربو الحاد ليسوا كذلك. الربو يصيب ما يقدر بنحو 300 مليون شخص في جميع أنحاء العالم وحوالي 20 في المئة لديها شكل حاد من المرض. وعلى النقيض من الربو، وهناك عدد قليل من العلاجات الفعالة لمرض الانسداد الرئوي المزمن. ما يقدر ب 10٪ من السكان COPD والاتجاه في معدلات الوفيات في ازدياد لمرض الانسداد الرئوي المزمن، بينما تتناقص عن الأمراض الرئيسية الأخرى. على الرغم من أن الأدوية النامية من أجل تسليم المستنشق هو التحدي، وحدة استنشاق الأنف الوحيد تمكن التسليم المباشر للأدوية جديدة لالرئة القوارض للفعالية وسلامة / علم السموم الدراسات ما قبل السريرية. توصيل الدواء المستنشقله مزايا متعددة لأمراض الجهاز التنفسي، حيث تركيز عال في الرئة يحسن فعالية ويقلل من الآثار الجانبية الجهازية. الكورتيزون وموسعات القصبات استنشاق الاستفادة من هذه المزايا والتسليم استنشاقه قد عقد أيضا محتمل لعلاجات بيولوجية في المستقبل. وحدة استنشاق الموصوفة هنا يمكن أن تولد، عينة لتوصيف، وإيداع موحد الهباء الجوي المخدرات في الرئتين القوارض. وهذا يتيح للتقرير ما قبل السريرية من فعالية وسلامة جرعات المخدرات تودع في الرئتين القوارض، البيانات الأساسية المطلوبة قبل البدء في التطوير السريري.
وهناك العديد من المزايا لإدارة استنشاق المخدرات لعلاج أمراض الجهاز التنفسي. تسليم استنشاق ينطبق كيل العلاجية مباشرة إلى موقع العمل، والرئتين. وتركيز المحلية عالية من المخدرات في الرئتين يقدم ميزة كبيرة أن يقلل جرعة والتعرض النظامية، ويزيد فعالية. هذه هي ميزة الهامة التي يمكن أن تزيد إلى حد كبير ارتفاع مؤشر العلاجية (TI، نسبة جرعة من المخدرات التي تسبب الآثار الجانبية على جرعة من المخدرات التي توفر فعالية) من المخدرات. وقد أثبتت استنشاق β 2 منبهات الأدرينالية، القشرية، والأدوية المضادة للالكوليني فعال في تحسين وظائف الرئة لدى المرضى الذين يعانون من الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن، مع التقليل من الآثار الجانبية الجهازية (عدم انتظام دقات القلب، المناعة، والإمساك) لاحظ عندما تؤخذ هذه الأدوية عن طريق الفم. أصناف الأدوية الجديدة (على سبيل المثال، PDE4 مثبطات (1) ومثبطات BTK 2) لديها مؤخراأثبتت فعاليتها في تحسين وظائف الرئة في نماذج الأمراض الحيوانية ما قبل السريرية ولكن، على غرار بيتا 2 ناهضات، القشرية، والأدوية المضادة للالكوليني، يعانون من الآثار الجانبية الجهازية التي يمكن التقليل من تسليم استنشاقه. بسبب التكلفة الإضافية لتطوير عقاقير عن طريق الفم استنشق مقابل، ينبغي النظر في صيغة استنشاق فقط لمؤشرات الجهاز التنفسي بعد تناوله عن طريق الفم / المنهجية الناجحة تكشف جرعة الحد من الآثار الجانبية النظامية على أساس آلية.
قبل سريريا، هي الأمثل المركبات استنشاقه لزيادة TI، الأمر الذي يتطلب في قياسات الجسم الحي فعالية والآثار الجانبية. في البداية يمكن إجراء هذه القياسات في المقايسات منفصلة، وعادة ما يكون قياس تسليمها موضعيا فعالية وتسليمها للنظام قياس الآثار الجانبية، ولكن لمقارنة حقا المركبات، يجب أن تقاس فعالية والآثار الجانبية في نفس الحيوانات بعد استنشاقه الإدارة. وهذا يتطلب دراسات الجرعة / الاستجابة التي ميلانhieve ما يكفي من مجمع تدار إلى الرئتين للحث على الآثار الجانبية قابلة للقياس. الطريقة الوحيدة حاليا لتوزيع موحد جرعات كبيرة من الدواء إلى الرئتين لحيوانات صغيرة متعددة في وقت واحد هو الأنف الوحيد استنشاق 3 و 4 و 5. وقد استعرض نقاط القوة والضعف في تقنيات استنشاق مختلفة مؤخرا 6، 7، 8. يرجى ملء المعدات المتخصصة وكمية كبيرة من اختبار مركب (كميات غرام) الأنف فقط إيصال الدواء المستنشق، ولكن إثبات صحة مفهوم دراسات قد يكون ممكنا بوسائل أخرى.
عندما كمية من المخدرات محدودة (كميات ملغ)، وأساليب الإدارة المباشرة هي خيار ولكن كل يعانون من ترسب غير متجانسة، مع المزيد من المخدرات تتركز على طول المجاري التنفسية المركزية، وأقل أيضا ممثلة في متني / السنخيةالمناطق 3 و 4 و 5. الجرعة الفعالة التي ألقاها تقطير المباشر هو أعلى دائما ولا يمكن أبدا مقارنة مباشرة لجرعات استنشاق 4. طرق تقطير المباشرة بما في ذلك الأنف 9، السائل داخل الرغامى 10 و 11 و رذاذ تقطير 12، أو الجاف مسحوق نفخ 13 و 14 يمكن أن تستخدم كأداة فحص لتحديد نطاق الجرعة تقريبي للدراسات استنشاق الأنف الوحيد لاحقة، أو لتحديد ترتيب فعالية / سمية لسلسلة من العقاقير المماثلة هيكليا 15. نظرا لنمط الهوائية ترسب المركزي، قد تكون أساليب الإدارة المباشرة أكثر فائدة لتحديد الآثار المترتبة على المركبات التي تعمل على الخطوط الجوية المركزية (موسعات القصبات أو مثبطات الخلايا البدينة) من طن الرئة الطرفية (مضادات الالتهاب).
وخلافا للبشر، الذين يمكن أن يستنشق جرعة كبيرة من الهباء الجوي المركزة من استنشاق نفسا عميقا واحد، وتوليد المستمر لللتنفس (0،5-5 ميكرون الشامل قطر الهوائية المتوسط، MMAD) الهباء الجوي، لمدة تصل إلى ساعة واحدة، وذلك لإيداع جرعة دواء فعال في الرئتين القوارض التنفس بصورة تلقائية في نظام استنشاق الأنف الوحيد (16). مولدات الهباء الجوي (البخاخات طائرة أو رايت الغبار تغذية 17) التي يمكن أن تنتج باستمرار المطلوب حجم الهباء الجوي الجسيمات وتركيز للدراسات استنشاق الأنف فقط ليست فعالة جدا في توليد عالية الجودة (للتنفس) الهباء الجوي. معدلات التغذية المخدرات إلى هذه المولدات الهباء الجوي للقويا (IC 50 مساء إلى نانومتر في المقايسات الفنية خلية القائم) المركبات هي عادة في 1-10 ملغ مجموعة / دقيقة، وعادة ما تكون أقل من 1٪ من أن الهباء الجوي المخدرات يجعلها إلى منطقة التنفس من الحيوانات(شكل 1). العديد من الجسيمات المتولدة كبيرة جدا (> 5 ميكرون) لدخول الرئتين وتتم إزالة من قبل المصنف الهباء الجوي (ما قبل فاصل أو الإعصار مع النقطة الفاصلة 5 ميكرون) لتجنب جرعة كبيرة من المخدرات في الأنف. إضافة إلى عدم كفاءة أنظمة استنشاق الأنف الوحيد هو صغير نطاق حجم الجسيمات (0،5-5 ميكرون MMAD) للجسيمات استنشاق. العديد من جسيمات الهباء الجوي أقل من 0.5 ميكرون والزفير (مثل دخان السجائر) ولم تودع في الرئتين 18. أيضا، فإن العديد من "أكبر" جسيمات الهباء الجوي (~ 5 ميكرون) يتم امتصاصها الودائع في الأنف أو نقلها عن طريق إزالة مخاطي هدبي نحو الجزء الخلفي من الحلق حيث يتم ابتلاعها أنها في المعدة 19. عند استخدام استنشاق الأنف فقط، والجرعة المودعة في الأنف هي دائما أكبر من الجرعة المودعة في الرئتين والجرعة الأنف يمكن أن تسهم في التعرض النظامية والآثار الجانبية (20). بطبيعتها، درو استنشاقهز جرعات صغيرة (في حدود ميكروجرام) التقليل من أي النظامية احتمال الآثار الجانبية لعقار تمتصه الأنف والرئة، أو الأنسجة في الجهاز الهضمي. حتى عندما يكون حجم الجسيمات من الهباء الجوي التي تزود بها الحيوانات هو في حدود استنشاق، أي بمعدل 4٪ فقط من جزيئات الهباء الجوي الذي جعله في منطقة التنفس إيداع الحيوانات في الرئتين. أكثر كفاءة مولدات الهباء الجوي المتاحة، ولكن البخاخات طائرة ورايت تغذية الغبار لا مثيل لها لقدرتها على إنتاج الهباء الجوي المستمرة من مختلف تركيبات المساحيق السائلة والجافة، على التوالي.
الهباء الجوي للاستنشاق من قبل الفاصل يمر في وحدة استنشاق التعرض الأنف الوحيد 21 يستند على تدفق الماضي تصميم الأنف 22. وحدة استنشاق ديها 3 طبقات (ترد اثنين فقط من طبقات في الشكل 1) وكل الطبقة تحتوي على 10 منافذ التعرض للحيوانات وأخذ العينات الهباء الجوي. وتقع الموانئ محيطيا حول مntral الهباء الجوي الجلسة. توضع الفئران واعية في أصحاب الزجرية الزجاج (6 بوصات طويلة من قبل بوصة قطرها 1.2) والتنفس محتويات الهباء الجوي من وحدة استنشاق. لا تأقلم الفئران لأجهزة ضبط النفس 23. وقد أظهرت التجارب السابقة أن الفئران تتسامح أنبوب ضبط النفس من أقل من مدة ساعة وبالمثل، مع أو بدون التكيف 2.
تم تصميم وحدة استنشاق لتقديم الهباء الدواء مباشرة إلى الرئتين من الحيوانات مع تجنب التعرض للمشغلين. ورجولية / سمية هذه الأدوية عادة ما تستخدم ضوابط السلامة الهندسية غير معروفة ومتعددة لتجنب التعرض للمشغلين. يجب على المشغلين دائما ارتداء معدات الوقاية الشخصية (القفازات، والمعاطف مختبر، تنفس ونظارات السلامة). الجلسة الكاملة الخارجي للوحدة استنشاق تحت الضغط السلبي في جميع الأوقات أثناء التشغيل، مما يسمح لإزالة آمنة من واحد أو مجموعة من الحيوانات withoالتحرير بقطع المولد الهباء الجوي. ويرد وحدة استنشاق أيضا في الضميمة الثانوية الحفاظ على ضغط سلبي عن طريق منفذ العادم في السقف لمنع أي محاولة للهرب من الهباء الجوي في الغرفة في حالة عطل. يتم تصفية كل الهواء المتدفقة من النظام استنشاق عن طريق فلتر HEPA قبل إطلاقها في البيئة. تم شراء نظام التعرض الأنف الوحيدة المستخدمة في هذه المخطوطة من بائع واحد (انظر الجدول التكميلي من المواد).
وقد وصفت نظام استنشاق الأنف فقط وتشغيله لتقديم الهباء الأدوية إلى الرئتين من القوارض. تقييد الحيوانات في أصحاب الأنف الوحيد هو طريقة تستخدم عادة لتعريض الحيوانات للمواد المحمولة جوا. وقد أجريت تجربة يدل على مضادات الكولين قصبي بروميد إبراتروبيوم 34 يمكن عكس أكثر قدرة ميثاكولين الناجم عن ضيق الشعب الهوائية عند تسليمها من جراء استنشاق الأنف الوحيد الذي الفئران مع ED 50 من 0،1 ميكروغرام / كغ المودعة الجرعة. وهناك حاجة إلى زيادة أكبر من 10 أضعاف الجرعة الفعالة للإبراتروبيوم لالقصبات بعد الولادة داخل الرغامى (ED 50 داخل الرغامى = 1.3 ميكروغرام / كغ، لا تظهر البيانات) التسليم. هذا ويرجع ذلك إلى نمط ترسب غير متجانس من المخدرات في الرئتين التي تنتجها الجرعات داخل الرغامى 3 و 5 و 10. 10 أضعاف، وزيادة الجرعة الفعالةوقد لوحظت فروق بين تقنيات الجرعات المستنشقة وداخل الرغامى لأدوية أخرى في وقت سابق من قبل الآخرين (4).
نمط ترسب غير متجانس من المخدرات في الرئتين التي تنتجها الجرعات داخل الرغامى أيضا يبطئ امتصاص الدواء عن طريق الرئة 35، وخفض المعدل الذي المخدرات تدخل الدورة الدموية ويقلل من فرص رؤية الآثار الجانبية الجهازية. لذلك، لتحسين السلامة / فعالية (مؤشر العلاجية) 36 من الأدوية المستنشقة جديدة، يجب استخدام الأنف فقط تسليم الاستنشاق. سوف ترسب داخل الرغامى اعطاء تقدير دقيق للTI عن طريق توليد جرعات فعالة عالية خطأ في جرعات الرئة وانخفاض في الدورة الدموية.
كما يتم تطوير عقاقير جديدة ألقاه طريق الاستنشاق، فإنه من الضروري أن تترجم بشكل مناسب جرعة دواء فعال من الدراسات قبل السريرية فعالية للتنبؤ وEFجرعة الإنسان ficacious للتجارب السريرية. وفاة الشائنة من Tusko الفيل 37 ويستشهد عادة في الكتابات التي تذكرنا استخدام التحجيم متسارعا للتنبؤ جرعات بين الأنواع المخدرات وأن الجرعات بين الأنواع المخدرات لا ينبغي استقراء خطيا على أساس مقارنة بسيطة من الجماهير الجسم. ومن الشائع استخدام نهج متسارعا مع الأس ب المغايرة النسبية 0.67 التنبؤ جرعات المخدرات الإنسان من فعالية قبل السريرية دراسات 38. باستخدام الماوس استنشاق ED 90 من 0،9 ميكروغرام / كغ للإبراتروبيوم، داعية متسارعا 0.67، كتلة جسم الفأر من 0.03 كجم، وكتلة الجسم البشري من 60 كغ. وED البشري حوالي 90 0.07 ميكروغرام / كغ ((0.9 * (0.03 / 60) (1 حتي 0،67) = 0.07) يمكن أن تحسب على النحو الإنسان جرعة المودعة توقع من البيانات الماوس لدينا، وهذا توقع قيمة مشابه للإنسان الفعلي جرعة المودعة فعالة من 0.26 ميكروغرام / كغ، والتي يمكن أن تحسب من تسليمها تفعلذاتها من 40 ميكروغرام 39 مقسوما على كتلة الجسم البشري من 60 كلغ مضروبا في الفم جزء استنشاق ترسب الرئوي البشري 16 0.4 ((40/60) * 0.4 = 0.26). تقديرا لجرعة الإنسان استنشاقه المودعة فعالة يساعد أيضا على التخطيط لجرعات تسليمها المستخدمة في الدراسات استنشاق السموم اللازمة للتجارب السريرية 40.
المعدات المتخصصة وكمية كبيرة من مركب اختبار (كميات غرام) المطلوبة لالأنف فقط إيصال الدواء المستنشق يمكن أن يكون قيود كبيرة عند تطوير تقنية استنشاق الأنف الوحيد. A المدى المعايرة دون الحيوانات الحالية أمر ضروري إذا كنت بحاجة لجرعة محددة ل(عادة السموم وليس فعالية الجرعة / الاستجابة) دراسة، وهذا المدى المعايرة تتطلب المزيد من المخدرات لتكون متوفرة. هذا المدى المعايرة ضروري لأن الخصائص الفيزيائية من كل دواء / صياغة يمكن أن تختلف يكفي أن تؤثر بشكل كبير على جرعة المودعةمن المخدرات في الرئتين. مطلوب تعظيم الاستفادة من معدلات الهواء والأعلاف المخدرات إلى المولد الهباء الجوي خلال الفترة السابقة المعايرة لتحقيق حجم الجسيمات الهباء وتركيز للجرعة المحددة المطلوبة. في حين أن معدلات الهواء والأعلاف المخدرات الهباء الجوي مولد المقترحة في الأساليب هي نقطة انطلاق معقولة، هناك إمكانية أن لصياغة دواء معين سيتم إنشاء غير استنشاق (حجم الجسيمات> 5 ملم) الهباء الجوي. في مرحلة ما قبل السريرية، هناك كثير من الأحيان لا يكفي المخدرات متاحة للقيام المدى المعايرة وأنه من المستحيل أن تعرف مسبقا ما الجرعات (إن وجدت) والدخول في الرئتين. أيضا، يتم إنتاج الكهرباء الساكنة أثناء عملية توليد الهباء الجوي، ويمكن أن تؤثر على الوقت اللازم للتركيز الهباء الجوي للتوازن. ومن المهم أن الأرض بشكل صحيح المعدات للحد من تهمة ثابتة. وثمة خيار آخر للحد من الكهرباء الساكنة لإضافة الرطوبة إلى الهواء تزويد وحدة استنشاق، لزيادة التوصيل وتبديد رسوم كهرباء على جسيمات 25. ترطيب الهواء تزويد المولد الهباء الجوي غير مطلوب للراحة الحيوانية خلال (<1 ح) دورات قصيرة الجرعات ولكن ينبغي النظر في حال استخدام الجرعات مرات أطول.
يمكن أن يتم تسليم الأدوية إلى الرئتين من الحيوانات عن طريق استنشاق الأنف الوحيد السلبي أو أساليب إدارة داخل الرغامى المباشرة التي تجاوز ترسب البلعوم. يستخدم الأنف الوحيد تسليم استنشاق عادة في مجال استنشاق السموم 41 ولكنها تستخدم لماما في عملية اكتشاف الدواء في وقت مبكر. وهناك حاجة إلى فريق بحثي متعدد التخصصات لإجراء دراسات استنشاق الأنف الوحيد نظرا ل: الحاجة إلى كميات كبيرة من المخدرات، والمعرفة المتخصصة المطلوبة لصياغة وتوليد، وتوصيف هباء. تشغيل المعدات المعقدة، وقياس نجاعة الأدوية في نماذج حيوانية من أمراض الجهاز التنفسي. وتستخدم تقنيات التوصيل الموصوفة هنا لتطوير األصغرل جزيء استنشاق المخدرات ولكن في المستقبل يمكن تطبيقها لتطوير البيولوجية المستنشقة 42 و 43. نأمل الإجراءات والنصائح موثقة في هذه المخطوطة سيسهل الجديد قبل السريري اكتشاف الأدوية والسموم الباحثين لاكتساب المهارات اللازمة لتوصيل الأدوية إلى القوارض عن طريق الاستنشاق الهباء الجوي.
The authors have nothing to disclose.
ونحن نعترف: الدكتور توماس بوديمان في بورصة طوكيو SYSTEMS GMBH لبلده الفني الخبرات والمعدات التخصيص. جون فراي (باتيل شركة) والدكتور رودي جايجر (CH تكنولوجيز) لإجراء مناقشات مفيدة لهم. تيان وو، وسام Mboggo، أبريل ميلر، وسين دافيس (أمجين) للمساعدة في التجارب.
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 |