여기에 기술 된 흡입 유닛 생성 특성화 샘플 균일 쥐의 폐에 약제 에어로졸을 증착 할 수있다. 이는 효능 폐 증착 약물 투여의 안전성 전임상 판정 가능; 임상 흡입 약물 개발을 가능하게 키 데이터.
천식과 만성 폐쇄성 폐 질환 (COPD) 같은 폐쇄성 호흡기 질환은 현재 흡입 항 염증 및 기관지 확장제 약물에 의해 처리됩니다. 여러 치료의 가능성에도 불구하고, 두 질병은 공중 보건 우려를 성장하고있다. 천식 환자의 대다수는 물론 현재의 흡입 치료에 제어되지만 중증 천식 환자의 상당 수는 없습니다. 천식은 전 세계적으로 약 3억명에 영향을 미치는 약 20 %는 질병의 심한 형태를 갖는다. 천식과는 대조적으로, 만성 폐쇄성 폐 질환에 대한 몇 가지 효과적인 치료법이있다. 인구의 약 10 %는 만성 폐쇄성 폐 질환을 가지고 있으며, 다른 주요 질병 감소하면서 사망률 추세는 만성 폐쇄성 폐 질환에 대한 증가하고있다. 흡입 배달 개발 약물 도전이지만, 코 전용 흡입 장치는 전 임상 효능과 안전성 / 독성 연구를위한 쥐의 폐에 새로운 약물을 직접 전달을 가능하게한다. 흡입 약물 전달폐에서 고농도의 효능을 향상시키고 전신 부작용을 최소화 호흡기 질환에 대한 여러 이점을 갖는다. 흡입 용 코르티코 스테로이드와 기관지 확장제는 이러한 장점을 활용하고 흡입 배달도 미래의 생물학 치료를위한 잠재력 보유 할 수 있습니다. 여기에 기술 된 흡입 유닛 생성 특성화 샘플 균일 쥐의 폐에 약제 에어로졸을 증착 할 수있다. 이 효능 및 설치류의 폐에 침착 약물 복용의 안전성의 전 임상 결정을 가능하게, 키 데이터는 임상 개발을 시작하기 전에 필요합니다.
호흡기 질환의 치료를위한 약물의 흡입 행정에 많은 이점이있다. 흡입 배달 작용 부위, 폐에 직접 치료제를 적용합니다. 폐에 약물의 높은 지방 농도는 투여하고 전신 노출을 최소화하는 중요한 이점을 제공하며, 효과를 극대화 할 수 있습니다. 이것은 큰 치료 지수를 증가시킬 수있는 중요한 이점 (TI 효능 제공 약물의 투여 량에 비해 부작용 유발 약물의 투여 량의 비율)를 약물. 흡입 β 2 아드레날린 작용제, 코르티코 스테로이드 및 항 콜린성 약물은 전신 부작용 (빈맥, 면역 억제, 변비)를 최소화하면서이 약을 복용 할 때 관찰, 천식 및 COPD 환자의 폐 기능 개선에 효과가 입증했다. 새로운 약 종류 (예를 들어, PDE4 억제제 1 BTK 억제제 2) 최근에이2 -agonists, 코르티코 스테로이드 및 항 콜린성 약물을 β 유사 전임상 동물 질병 모델 만에 폐 기능 개선에 효과가 입증, 흡입 전달을 최소화 할 수 있습니다 전신 부작용으로 고통. 인해 대 흡입 경구 약물 개발의 비용을 추가로 흡입 용 제형은 경구 성공 / 전신 투여기구 계 전신 부작용을 제한 선량 계시 후에 호흡 징후에 대해 고려되어야한다.
전 임상 흡입 화합물은 생체 내 효능 및 부작용 측정에서 요구 TI를 높이기 위해 최적화된다. 처음에 이러한 측정 별도 분석 일반적으로 국소 적으로 전달되는 효율 측정 및 전신 전달 부작용 측정하지만 진정 화합물과 비교하여 제조 될 수 있으며, 효능 및 부작용은 투여 후 흡입 동일한 동물에서 측정되어야한다. 이것은 그 교류 용량 / 반응 연구가 필요측정 가능한 부작용을 유발하는 폐 투여에 충분한 화합물 hieve. 유일한 방법은 현재 균일 동시에 코 전용 흡입 3, 4, 5, 여러 작은 동물의 폐에 약물의 과다를 배포합니다. 강점과 다른 흡입 노출 기법의 약점은 최근, 8, 6 7을 검토하고있다. 특수 장비 및 테스트 화합물 (g 수량) 다량의 코 전용 흡입 약물 전달에 요구되지만, 개념 증명은 다른 연구에 의해 가능하다.
약물의 양 (mg의 수량) 제한되는 경우, 직접 투여 방법은 옵션이지만 모두 실질 / 폐포에서의 중앙을 따라기도 농축 덜 표현 이상의 약물 비 균일 증착 고통영역 3, 4, 5. 직접 점적 주입에 의해 전달 된 유효 선량은 항상 높다 직접 흡입 된 복용량 4와 비교 될 수 없다. 비강 9, 기관 내 액 (10), (11)과 분무 점적 (12), 또는 건식 분말 취입 (13)를 포함하여 직접 점적 방법은 14 이상 코 전용 흡입 연구 대략 용량 범위를 결정하기 위해 또는를 결정하는 검사 수단으로 사용될 수있다 구조적으로 유사한 약물 (15)의 일련의 효능 / 독성 순위. 인해 중앙기도 증착 패턴에 직접 투여 방법은 중앙기도 (기관지 확장제 또는 비만 세포 억제제) 나 이상에 작용하는 화합물의 효과를 결정하는 데 더 유용 할 수있다N 둘레 폐 (항염증제).
시간까지, 필요에 단일 심호흡 흡입기로부터 에어로졸 농축 상당한 용량을 흡입 할 수 인간 달리 호흡의 연속 세대 (0.5-5 μm의 공기 역학적 평균 직경, MMAD) 에어로졸, 증착하는데 코 전용 흡입 시스템 (16)에 자발적으로 호흡 쥐의 폐에 효능 약물 투여. 계속 코 전용 흡입 과정에 필요한 에어로졸 입자 크기 및 농도를 생산할 수있는 에어로졸 발생기 (제트 분무기 또는 라이트 먼지 피드 17)는 고품질 (호흡) 에어로졸을 생성하는데 매우 비효율적이다. 강력한 이러한 에어로졸 발생기에 약제 공급 속도 (IC 기능 세포 기반 분석에서 50nm 내지 PM) 화합물은 1 내지 10 밀리그램 / min의 범위에서 일반적이며, 그 약물 에어로졸 통상 1 % 미만의 호흡 영역으로 만든다 동물의(도 1). 생성 된 입자의 대부분은 폐를 입력 (> 5 μm의) 너무 큰 코 약물의 투여 량을 피하기 위해 에어로졸 분류기 (5㎛의 커트 포인트를 미리 세퍼레이터 또는 사이클론)에 의해 제거된다. 코 전용 흡입 시스템의 비효율에 추가하여 호흡 가능한 입자의 작은 입자 크기 범위 (0.5 내지 5 ㎛의 MMAD)이다. 0.5㎛ 미만인는 (담배 연기 등) 호기 폐 (18)에 증착되지 않은 에어로졸 입자 다수. 또한, "더 큰"에어로졸 입자의 많은 (~ 5 μm의) 코 보증금을 흡수하거나이 위 (19)에 삼킨 목의 뒤쪽으로 점액 섬모 허가에 의해 운반된다. 코 전용 흡입을 사용하는 경우, 코의 퇴적 량은 폐 퇴적 량과 전신 노출과 부작용 (20)에 기여할 수있는 비강 투여보다 항상 크다. 본질적으로, 흡입 드루g 량은 비강, 폐, 위장 또는 조직에 의해 흡수 약물 중 전신적 부작용의 가능성을 최소화합니다 (마이크로 그램 범위) 작다. 동물에 공급되는 에어로졸의 입자 크기 범위는 호흡, 폐 동물 금고의 호흡 영역을 이루는 에어로졸 입자의 4 %의 평균에 있더라도. 보다 효율적인 에어로졸 발생기를 사용할 수 있지만 제트 분무기 및 라이트 먼지 피드 각각 다양한 액체 및 건조 분말 제형으로부터 연속 에어로졸을 생성하는 능력에 대한 최상의이다.
예비 분리기로부터 호흡 에어로졸 플로우지나 코 디자인 (22)을 기반으로 코 전용 노광 흡입 부 (21)로 전달한다. 흡입 유닛 (두 계층이도 1에 도시 됨) 3 개 계층을 가지며 각 계층은 동물 및 에어로졸 샘플링 포트 (10)의 노출을 포함한다. 포트는 CE 주위 주변으로 위치ntral 에어로졸 플레 넘. 의식 마우스 (1.2 인치 직경으로 6인치 긴) 유리 억제 홀더에 넣고, 흡입 유닛의 에어로졸 내용물을 흡입한다. 생쥐는 구속 장치 (23)에 적응되지 않습니다. 이전의 경험은 마우스 또는 적응이없이 유사하게 시간 미만 기간의 튜브 구속을 허용 것으로 나타났습니다.
흡입 장치는 운영자에 노출을 피하면서 동물의 폐에 직접 약물 에어로졸을 제공하도록 설계되었습니다. 이러한 약물의 효능 / 독성은 일반적으로 알 수없는 여러 엔지니어링 안전 컨트롤이 연산자에 노출을 방지하기 위해 사용되는 것입니다. 연산자는 항상 개인 보호 장비 (장갑, 실험복, 호흡기, 안전 안경)를 착용해야합니다. 흡입 유닛의 외부 플레 넘 단일 또는 동물 집단 witho을 안전하게 제거 할 수 있도록 동작 중에 항상 부압하에유타는 에어로졸 발생기를 차단. 흡입 수단은 고장의 경우에 실내에 에어로졸 중 이탈을 방지하기 위해 천장에 배기구가 부압 유지 보조 케이스 내에 포함된다. 흡입 시스템의 모든 배출 공기 환경 방출하기 전에 HEPA 필터에 의해 필터링된다. 이 논문에서 사용 된 코 전용 노광 시스템은 단일 벤더 (자재 기업 표 참조)에서 구입 하였다.
기수 만 흡입 시스템 및 쥐의 폐에 약제 에어로졸을 전달하는 동작을 설명 하였다. 코 전용 홀더에 동물을 제지하는 것은 공기 중 물질에 동물을 노출 일반적으로 사용되는 방법이다. 복용량을 증착 0.1 ㎍ / kg의 ED 50으로 마우스에 코 전용 흡입에 의해 전달 될 때 실험이 강력하게 메타 콜린 기관지 유발 역방향 수 항콜린 성 기관지 이프 라트로 피움 브로마이드 (34)을 입증 하였다. 이프 라트로 피움의 유효 용량에서보다 10 배 증가는 기관 내 전달 (ED 50 = 기관 내 1.3 ㎍ / kg, 데이터는 도시하지 않음)에 전달 다음 기관지 필요 하였다. 이는 기관 내 투여 3, 5, 10에 의해 생성 된 폐 약물의 비 균일 증착 패턴이다. 10 배 더 큰 유효량다른 흡입 용 약물 및 기관 내 투여 기법 간의 차이는 다른 4 이전에 관찰되었다.
기관 내 투여에 의해 발생 된 폐 약물의 비 균일 증착 패턴은 약물이 전신 순환 진입하는 속도를 감소시키고 전신적인 부작용을 보는 기회가 감소 폐 (35)에 의해 약물 흡수를 느리게. 따라서, 안전 / 효능 (치료 지수) 신규 흡입 약물 (36)을 최적화하기 위해, 코 전용 흡입 전송이 사용되어야한다. 기관 내 증착은 전신 순환에 폐 낮은 용량의 잘못 높은 효과적인 복용량을 생성하여 TI의 부정확 한 추정치를 제공 할 것입니다.
흡입 경로로 전달 신약이 개발됨에 따라, 적절 EF을 예측하는 임상 효능 연구에서 효과적인 약물 복용량을 번역하는 것이 필수적입니다임상 시험에 대한 ficacious 인간의 복용량. 코끼리 (37)는 일반적으로 문헌에 인용 Tusko의 악명 높은 죽음은 종간 약물 용량을 예측하기 위해 상대 성장 스케일링을 사용하는 우리를 생각 나게하고 종간 약물 복용 선형 신체 질량의 단순 비교를 기초로 추정되어서는 안된다는. 임상 효능 (38) 연구에서 인간의 약물의 용량을 예측하기 위해 0.67의 상대 성장 지수 (B)와 함께 상대 성장 방식을 사용하는 것이 일반적입니다. 마우스를 사용하여 0.9 ㎍ / kg 이프 라트로 피움에 대한 0.67의 상대 성장 지수, 0.03 kg의 마우스 본체 질량 60 kg의 신체 질량 ED 90를 흡입; 0.07 μg의 추정 인간의 ED 90 / kg ((0.9 * (0.03 / 60).이 예측값 우리 마우스 데이터로부터 예측 된 인간 퇴적 량으로 계산 될 수있다 (1-0.67) = 0.07)이 실제 인간에 필적 DO가 전달 계산할 수 0.26 ㎍ / kg의 투여 량 침착 효능,(16) 0.4 ((40/60) * 0.4 = 0.26)의 인간 경구 흡입 폐 증착 비율을 곱한 60kg의 신체 질량으로 나눈 40 μg의 39 SE. 유효 인간의 흡입 퇴적 량의 평가는 임상 시험 (40)에 필요한 흡입 독성 연구에서 사용되는 전달 용량을 계획하는 데 도움이됩니다.
코 전용 흡입 기술을 개발할 때 전문 장비와 코 전용 흡입 약물 전달에 필요한 시험 화합물 (g 수량)의 많은 양이 크게 제한 될 수 있습니다. 특정 용량이 (보통 독성 아닌 효능 용량 / 응답) 연구를 위해 필요하며,이 교정 실행이 가능하기 위해 더 많은 약물을 필요로하는 경우 존재하는 동물이없는 교정 실행이 필요하다. 각 약물 / 제형의 물리 화학적 특성이 크게 퇴적 량에 영향을 미칠 수있을만큼 다양 할 수 있기 때문에 교정 실행이 필요하다폐에 약물의. 교정 동작 동안 에어로졸 생성기로 공기와 약제 공급 비율의 최적화가 요구되는 특정 복용량 에어로졸 입자 크기 및 농도를 달성하기 위해 요구된다. 방법에서 제안 에어로졸 발생기 공기 약물 이송 속도가 적절한 시작점이지만, 특정 약물 제형 비 호흡 (입경> 5mm) 에어로졸이 생성 될 것이라는 가능성이있다. 전임상 단계에서,이 보정 실행을 위해 자주 약물을 사용할 수없는 폐에 받고 (있는 경우) 어떤 용량 선험적으로 알 수 없다. 또한, 정전기는 에어로졸의 생성 과정에서 생성되고, 평형 에어로졸 농도에 필요한 시간에 영향을 미칠 수있다. 제대로 된 정전기를 최소화하기 위해 장비를 접지하는 것이 중요하다. 정전기를 최소화하기 위해 또 다른 옵션은 전도성을 높이기 위해 흡입 장치에 공급되는 공기에 습도를 추가하는 것입니다입자 (25)에 정전기를 방출. 에어로졸 발생기에 공급되는 공기를 가습하는 단편 (<1 H) 투여 세션 동안 동물 시설이 필요하지 않고, 장기간 투여 시간이 사용되는 경우 고려되어야한다.
약물은 수동적 코 전용 흡입 또는 비강 인두를 우회 직접 증착 기관 내 투여 방법에 의해 동물의 폐에 전달 될 수있다. 코 만 흡입 전달은 일반적으로 흡입 독성 (41)의 필드에 사용되지만, 드물게 초기 약물 발견 과정에서 사용된다. 전문 분야에 걸친 연구 팀 인해에 코 전용 흡입 연구 수행에 필요한 : 약물, 공식화 생성 및 에어로졸의 특성을하는 데 필요한 전문 지식의 많은 양의 필요성을; 복잡한 장비를 작동하고, 호흡기 질환의 동물 모델에서 약물의 효능을 측정합니다. 본 명세서에 기재된 전송 기술에 작은 개발에 사용되어L 분자 약물 흡입뿐만 향후 43 흡입 바이오 42의 개발에 적용 할 수있다. 희망이 원고에 설명 된 절차와 팁 에어로졸 흡입 설치류에 약물을 전달하는 데 필요한 기술을 습득 할 수있는 새로운 전임상 신약 개발 및 독성 연구를 촉진 할 것이다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 인정 : 기술적 인 전문 지식과 장비 사용자 정의를 위해 TSE Systems GmbH에 박사 토마스 버디만. 그들의 도움이 토론 존 프라이 (바텔 사) 박사 루디 예거 (CH 테크놀로지 주식 회사). 티안 우, 샘 Mboggo 월 밀러, 그리고 실험에 대한 도움 숀 데이비스 (암젠).
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 |