יחידת שאיפה כפי שיתואר בהמשך ניתן להפיק, מדגם לאפיון, ואחיד להפקיד תרסיס סמים בתוך הריאות של מכרסמים. זה מאפשר קביעה מראש קלינית של היעילות והבטיחות של התרופה במינונים שהופקדו הריאות; נתוני מפתח המאפשרים פיתוח תרופה בשאיפה קליני.
מחלות בדרכי נשימה חסימתית כמו אסטמה ומחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) מטופלות כיום על ידי תרופות אנטי-דלקתיות סימפונות בשאיפה. למרות הזמינות של טיפולים מרובים, הן מחלות צומחות חששות לבריאות הציבור. רוב חולי אסטמה נשלטים היטב על טיפולים בשאיפה נוכחיים אך מספר לא מבוטל של חולים הסובלים מאסטמה חמורה אינו. אסטמה משפיע על אנשים -300 מיליון מוערך ברחבי העולם וכ 20 אחוז יש צורה חמורה של המחלה. בניגוד אסטמה, ישנם כמה טיפולים יעילים ל- COPD. לפי הערכות, 10% מהאוכלוסייה יש COPD ואת המגמה בשיעורי תמותה גדלה ל- COPD תוך הפחתה למחלות גדולות אחרות. למרות שתרופות בפיתוח למסירה בשאיפה היא מאתגר, יחידת שהאיפה בלבד האף מאפשרת משלוח ישיר של תרופות חדשניות אל הריאות של מכרסמים עבור מחקרים יעילים טרום קליניים והבטיחות / טוקסיקולוגיה. משלוח סמים בשאיפהיש יתרונות מרובים למחלות בדרכי הנשימה, שבו ריכוז גבוה של ריאה ומשפר את היעילות ואת ממזער תופעות לוואי מערכתיות. קורטיקוסטרואידים ו מרחיבי סימפונות בשאיפה ליהנות מיתרונות אלה ואספקה בשאיפה עלולה גם להחזיק פוטנציאל טיפולים ביולוגיים בעתיד. יחידת שאיפה כפי שיתואר בהמשך ניתן להפיק, מדגם לאפיון, ואחיד להפקיד תרסיס סמים בתוך הריאות של מכרסמים. זה מאפשר קביעה מראש קלינית של היעילות והבטיחות של התרופה במינונים שהופקדו הריאות של מכרסמים, נתוני מפתח הנדרשים לפני ביצוע הפיתוח הקליני.
ישנם יתרונות רבים בממשל בשאיפה של תרופות לטיפול במחלות בדרכי הנשימה. משלוח בשאיפה חל הסוכן הטיפולי ישירות לאתר של פעולה, הריאות. ריכוז מקומי גבוה של התרופה לריאות מציע יתרון משמעותי ממזער מנה וחשיפה מערכתית, למקסימום יעיל. זהו יתרון חשוב שיכול להגדיל את החלון תרפויטי מאוד (TI, יחס של מינון של תרופה שגורמת תופעת לוואי מעל המינון של תרופה המספק יעיל) של תרופה. Β 2 בשאיפה אגוניסטים -adrenergic, קורטיקוסטרואידים, תרופות אנטי-כולינרגיות הוכיחו יעילות לשפר את תפקוד הריאות במטופלים עם אסתמה ו- COPD, תוך מזעור תופעות לוואי מערכתיות (טכיקרדיה, דיכוי חיסוני, ועצירות) נצפתה כאשר התרופות הללו נלקחים דרך הפה. כיתות תרופה חדשות (למשל, מעכבי PDE4 1 ומעכבי BTK 2) יש לאחרונההוכח כיעיל לשיפור תפקוד הריאות ב מודלים למחלות בעלי חיים פרה-קליניים אך, בדומה בטא 2 -agonists, קורטיקוסטרואידים, תרופות אנטי-כולינרגיות, סובלים מתופעות לוואי מערכתיות שניתן למזער על ידי משלוח בשאיפה. בשל העלות הנוספת של פיתוח תרופות פומיות בשאיפה לעומת, ניסוח בשאיפה צריך להיחשב רק להתוויות נשימה לאחר מתן פומי / מערכתי מוצלח מגלה הגביל את מינון תופעות לוואי מערכתי מבוסס מנגנון.
תרכובות טרום קליני, בשאיפה מותאמות להגדיל את TI, אשר דורש במדידות תופעת לוואי יעילות vivo. בתחילה מדידות אלה יכולים להתבצע מבחנים נפרדים, בדרך כלל מדידה יעילה נמסרה מקומי וכן מדידת תופעת לוואי נמסר מערכתי, אבל להשוות תרכובות באמת, תופעות לוואי יעילות צריכות להימדד באותן חיות לאחר בשאיפת ממשל. זה דורש מנה / מחקרים בתגובה כי achieve מספיק מתחם מנוהל לריאות לגרום תופעת לוואי למדידה. הדרך היחידה כרגע להפיץ מינונים גדולים באופן אחיד של תרופה לתוך הריאות של חיות קטנות מרובות הוא זמנית אף בלבד אינהלציה 3, 4, 5. את נקודות החוזק והחולשה של טכניקות שאיפת חשיפה שונות נבדקו לאחרונה 6, 7, 8. ציוד מיוחד וכמות גדולה של מתחם מבחן (כמויות גרם) נדרשים למסירת אף בלבד תרופה בשאיפה, אבל הוכחה של קונספט מחקרים ייתכן שניתן באמצעים אחרים.
כאשר כמות התרופה מוגבלת (כמויות מ"ג), שיטות ממשל ישירות הן אופציה אבל כל סובלים בתצהיר הלא הומוגנית, עם סמים יותר מרוכזים לאורך דרך הנשימה המרכזית ופחות טוב המיוצגים parenchymal / המכתשיתאזורים 3, 4, 5. המינון האפקטיבי מועבר על ידי החדרה ישירה הוא תמיד גבוה ולא ניתן להשוות ישירות מינונים בשאיפה 4. שיטות החדרה ישירות כוללים אפים 9, intratracheal 10 נוזלים, 11 ו תרסיס החדרה 12, או הֲפָחָה-אבקה יבשה 13, 14 יכולה לשמש ככלי מיון כדי לקבוע את טווח המינון המשוער ללימודי שאיפת אף בלבד מאוחר יותר, או כדי לקבוע את הדירוג של רעילות יעילות / לסדרה של תרופות דומות מבחינה מבנית 15. בשל הדפוס בתצהיר בדרך הנשימה המרכזי, שיטות ניהול ישירות עלולות להיות יותר שימושיות כדי לקבוע את ההשפעות של תרכובות לפעול על דרך הנשימה המרכזית (מרחיבי סימפונות או מעכבי תא פיטום) משאניn הריאה ההיקפית (נוגדי דלקות).
בניגוד לבני האדם, שיכול לשאוף מנה ניכרת של תרסיס מרוכז מ משאף נשימה עמוקה אחת, דור רציף של נשימים (0.5-5 מיקרומטר קוטר אווירודינמי החציוני המוני, MMAD) תרסיס, עד שעה, נדרש להפקיד מינון תרופה יעיל לתוך הריאות של מכרסמים נושמים באופן ספונטני במערכת שאיפת אף בלבד 16. גנרטורים תרסיס (nebulizer סילון או להאכיל אבק רייט 17) שיכול לייצר את גודל חלקיקי תרסיס הנדרש ברציפות וריכוז ללימודי שאיפה בלבד אף אינם יעילים מאוד ביצירת איכות גבוהה אירוסולים (נשימים). השיעורים להאכיל סמים כדי גנרטורים תרסיס אלה עצמה (IC 50 בערב עד ננומטר מבחנים תפקודיים תא מבוסס) התרכובות הן בדרך כלל בטווח 1 עד 10 מ"ג / דקה ובדרך כלל פחות מ 1% של תרסיס תרופה שעושה אותו לאזור הנשימה של חיות(איור 1). רבים מן החלקיקים שנוצרו הם גדולים מדי (> 5 מיקרומטר) כדי לחדור לריאות יוסרו על ידי מסווג אירוסול (א-מפריד מראש או ציקלון עם נקודת חיתוך 5 מיקרומטר) כדי למנוע מינון גבוה של התרופה באף. הוספת חוסר יעילותן של מערכות שאיפה בלבד אף היא טווח גודל חלקיקים הקטן (0.5 עד 5 מיקרומטר MMAD) עבור חלקיקים נשימים. רבים מן החלקיקים, פחות מ 0.5 מיקרומטר הם נשף (כמו עשן סיגריות) ולא שהופקדו ריאות 18. כמו כן, רב של החלקיקים "הגדולים" אירוסול (~ 5 מיקרומטר) הפקדת האף נספגת או מועברת על ידי אישור mucociliary לכיוון החלק האחורי של הגרון שבו הם נבלעים לתוך הבטן 19. בעת השימוש שאיפת אף בלבד, המינון שהופקד האף הוא תמיד גדול יותר מאשר המינון שהופקד ריאות ואת מינון האף יכול לתרום חשיפה מערכתית תופעות לוואי 20. מטבעו, בשאיפה druמינוני g הם קטנים (בטווח מיקרוגרם) מזעור כל פוטנציאל תופעת לוואי סיסטמיות של תרופה נספג על ידי האף, ריאות, או ברקמות עיכול. גם כאשר גודל החלקיקים של התרסיס שסופק החיות הוא בטווח נשימים, בממוצע רק 4% של החלקיקים, שהופכים אותו לאזור הנשימה של הפיקדון החי בתוך הריאות. נוסף גנרטורים תרסיס יעילים זמינים, אך nebulizer הסילון ומזון אבק רייט הם ללא תחרות עבור היכולת שלהם לייצר אירוסולים רציפים מן ניסוחי אבקה נוזליים ויבשים מגוונים, בהתאמה.
תרסיס נשימים מן-מפריד מראש עובר ליחידת שאיפת חשיפת האף בלבד 21 כי הוא מבוסס על-עבר זרימת עיצוב האף 22. יחידת שהאיפה יש 3 שכבות (רק שתי שכבות מוצגות באיור 1) וכל נדבך מכיל 10 יציאות חשיפה לבעלי חיים ודגימת תרסיס. היציאות ממוקמות שולי סביב לספירהמליאת תרסיס ntral. עכברים מודעים ממוקמים מחזיקי הרחקת זכוכית (6 סנטימטרים ידי 1.2 אינץ 'קוטר) ונושמים את התוכן אירוסול של יחידת אינהלציה. העכברים אינם אקלום התקני הריסון 23. ניסיון קודם שנעשה בתחום הראה כי עכברים לסבול צינור ריסון של פחות משך שעה דומה, עם או בלי הסתגלות 2.
יחידת שהאיפה נועדה לספק אירוסולים תרופה ישירות לריאות של החיות, תוך הימנעות מחשיפה המפעילה. עוצמתה / הרעילות של תרופות אלה היא בדרך כלל שולט בטיחות והנדסה ידועה מרובה משמשים כדי להימנע מחשיפה המפעילה. המפעילים תמיד חייבים ללבוש ציוד מגן אישי (כפפות, מעיילי מעבדה, מסכת גז, וכוסות בטיחות). המליאה החיצונית של היחידה שהאיפה נמצאת תחת לחץ שלילי בכל העת במהלך מבצע, המאפשר ההסרה הבטוחה של יחיד או קבוצות של חיות withoUT וכיבוי הגנרטור תרסיס. יחידת שהאיפה גם מוכל בתוך מתחם משני שמור על לחץ שלילי על ידי יציאת פליטה בתקרה כדי למנוע בריחה של תרסיס לחדר במקרה של תקלה. כל החדרים השפכים ממערכת שאיפה מסונן על ידי פילטר HEPA לפני השחרור לתוך הסביבה. מערכת חשיפת האף בלבד המשמשת כתב היד הזה נקנתה אצל ספק יחיד (ראה טבלת משלים של חומרים).
מערכת שאיפת אף בלבד ותפעולו לספק אירוסולים תרופות אל הריאות של מכרסמי תוארה. ריסון בעלי חיים בבעלים-רק אף הוא שיטה נפוצה עבור חשיפת חיות לחומר מוטס. ניסוי נערך הוכחת איפראטרופיום הסימפונות אנטיכולינרגיות 34 יכול להפוך בעצמה methacholine מושרה bronchoconstriction כאשר נמסרו על ידי שאיפת אף-רק בעכברים עם ED 50 של 0.1 מיקרוגרם / קילו שהופקד מנה. גדולה יותר מאשר העלייה 10 של פי המינון האפקטיבי של ipratropium נדרשה עבור הרחבת סימפונות הבאים משלוח intratracheal (ED 50 intratracheal = 1.3 מיקרוגרם / ק"ג, מידע לא מוצג) משלוח. זאת בשל דפוס בתצהיר הלא הומוגנית של התרופה בתוך הריאות המיוצר על ידי המינון intratracheal 3, 5, 10. 10-פי מינון יעיל יותרהפרשים בין טכניקות מינון בשאיפת intratracheal לתרופות אחרות נצפו בעבר על ידי אחרים 4.
הדפוס בתצהיר הלא הומוגנית של תרופה בתוך הריאות המיוצר על ידי מינון intratracheal גם מאט ספיג תרופה על ידי הריאה 35, להקטין את הקצב שבו התרופה נכנסה למחזור הדם המערכתי, ולהקטין את הסיכוי לראות תופעות לוואי מערכתיות. לכן, כדי לייעל את הבטיחות / היעילות (חלון תרפויטי) 36 תרופות בשאיפת רומן, אף בלבד משלוח שאיפה צריך לשמש. בתצהיר intratracheal ייתן אומדן מדויק של TI ידי יצירת מינונים אפקטיביים גבוהים בטעות במינוני הריאה נמוכה אל המחזור המערכתי.
כמו תרופות חדשות אשר נמסרו על ידי המסלול בשאיפה מפותחות, זה חיוני כדי לתרגם את מינון התרופה היעיל כראוי ממחקרים פרה-קליניים יעילים לחזות EFמנת אדם ficacious עבור ניסויים קליניים. מותו הידוע לשמצה של Tusko הפיל 37 מצוטט בדרך כלל בספרות כדי להזכיר לנו להשתמש דרוג allometric לחזות מינוני תרופות interspecies וכי מינוני תרופות interspecies לא צריכים להסיק באופן לינארי על בסיס השוואה פשוטה של המוני גוף. המקובל להשתמש בגישת allometric עם b מעריך allometric של 0.67 לחזות מינוני תרופות אדם מן היעילות פרה-קלינית לומדת 38. שימוש בעכבר בשאיפה ED 90 של 0.9 מיקרוגרם / ק"ג עבור ipratropium, המעריך allometric של 0.67, מסת גוף העכבר של 0.03 ק"ג, וכן מסת הגוף האנושי של 60 ק"ג; ED אדם מוערך 90 של 0.07 מיקרוגרם / קילו ((0,9 * (0,03 / 60 ) (1-0.67) = 0,07) ניתן לחשב את המינון שהופקד האנושי החזוי מנתוני העכבר שלנו. זה שחזה ערך ניתן להשוות את האדם בפועל מנה שהופקדו יעיל של 0.26 מיקרוגרם / ק"ג, אשר יכול להיות מחושב מן נמסר לעשותse של 40 מיקרוגרם 39 מחולק מסת הגוף האנושי של 60 ק"ג מוכפל בשבריר בתצהיר ריאתי שאיפה אנושית אוראלי 16 של 0.4 ((40/60) * 0.4 = 0.26). אומדן של המינון שהופקד בשאיפה האנושי היעיל גם עוזר לתכנן את המנות נמסרו שימוש במחקרים טוקסיקולוגיה שאיפה הנדרשים לניסוי 40.
הציוד המיוחד הכמות גדולה של מתחם מבחן (כמויות גרם) נדרשי אף בלבד משלוח סמים בשאיפה יכולים להיות מגבלות משמעותיות בעת פיתוח טכניקת שאיפה בלבד האף. ריצת כיול בלי חיות נוכחיות היא הכרחית אם מנה ספציפית נדרשה עבור (טוקסיקולוגיה בדרך כלל ולא יעיל מינון / תגובה) במחקר, ובורח כיול זה ידרוש יותר תרופה יהיה זמין. בטווח כיול זה הכרחי כי מאפייני physicochemical של כל ניסוח סמים / יכולים להשתנות מספיק כדי להשפיע על המינון שהופקד מאודשל סמים בתוך הריאות. אופטימיזציה של הזנת אוויר תרופה שיעורי למחולל התרסיס במהלך ריצת הכיול נדרשה להשיג גודל חלקיקי תרסיס וריכוז עבור המנה הספציפית הנדרשת. בעוד להאכיל תרופת האוויר המחולל אירוסול השיעורים הציעו בשיטות הם נקודת התחלה סבירה, יש פוטנציאל כי עבור ניסוח סמים ספציפי אירוסול הלא נשימים (גודל חלקיקים> 5 מ"מ) יופק. בשלב הפרה-קליני, יש לעיתים קרובות לא מספיק סמים זמין לעשות ריצת כיול ואי אפשר לדעת מראש מה מינונים (אם בכלל) מקבלים לתוך הריאות. כמו כן, חשמל סטטי מיוצר בתהליך הדור אירוסול יכול להשפיע על הזמן הנדרש עבור ריכוז האירוסולים לאזן. חשוב לעגן את הציוד כראוי כדי למזער מטען סטטי. אפשרות נוספת כדי למזער חשמל סטטי היא להוסיף לחות לאוויר המסופק ליחידת אינהלציה, להגדיל מוליכותלפזר האשמות אלקטרוסטטית על חלקיקים 25. Humidifying האוויר המסופקת מחולל אירוסול אינה נדרשת עבור נוחות חיה במהלך קצר (<1 h) הפעלות מינון אך יש לשקול אם פעמים מינון כבר נמצאים בשימוש.
סמים יכולים להיות מועברים אל הריאות של חיות על ידי שאיפת אף בלבד פסיבית או שיטות ממשל ישירות intratracheal העוקפים בתצהיר אף ולוע. אף-רק משלוח שאיפה נפוץ בתחום טוקסיקולוגיה שאיפה 41 אך משמש במשורה בתחילת תהליך גילוי תרופות. צוות מחקר רב תחומי דרוש לביצוע מחקרים שאיפה בלבד אף עקב: הצורך בכמויות גדולות של סמים, ידע מקצועי נדרש לגבש, ליצור, ולאפיין אירוסולים; להפעיל ציוד מורכב, ולמדוד יעילות התרופה במודלים של בעלי חיים במחלות נשימתיות. טכניקות המסירה כפי שיתואר בהמשך משמשים לפתח smalמולקולת l בשאיפת תרופות אך בעתיד ניתן ליישם ולפתח תרופות ביולוגיות בשאיפה 42, 43. יש לקוות הנהלים והטיפים תעדו בכתב היד הזה יקלו חוקרים התגלו ואת רעלי תרופה טרום קליניים חדשים לרכוש את הכישורים דרושים כדי לספק תרופות מכרסמות ידי שאיפת תרסיס.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים: ד"ר תומס Budiman ב TSE Systems GmbH עבור ההתאמה האישית המומחיות וציוד הטכנית שלו. ג'ון פריי (באטל Inc.) וד"ר רודי יגר (טכנולוגיות בע"מ CH) לדיונים מועילים שלהם. טיאן וו, סם Mboggo, אפריל מילר, ואת שון דייויס (Amgen) לעזרה עם הניסויים.
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 |