本明細書に記載の吸入器は、生成する特徴付けのためのサンプル、及び均一げっ歯類の肺における薬物エアロゾルを堆積させることができます。これは、肺に沈着薬物用量の有効性および安全性の前臨床決意を可能にします。臨床吸入薬の開発を可能にする重要なデータ。
喘息および慢性閉塞性肺疾患(COPD)などの閉塞性呼吸器疾患は、現在、吸入抗炎症および気管支拡張薬によって治療されます。複数の治療法の利用可能性にもかかわらず、両疾患は、公衆衛生上の懸念が高まっています。喘息患者の大多数はよく、現在の吸入療法に制御されているが、重症喘息患者のかなりの数がありません。喘息は、世界中で推定3億人に影響を与え、約20%は、疾患の重症型を持っています。喘息とは対照的に、COPDのためのいくつかの効果的な治療法があります。人口の10%がCOPDを持っており、他の主要な疾病のために減少させながら、死亡率の傾向は、COPDのために増加しています。吸入送達するための薬剤を開発することは困難であるが、鼻専用の吸入器は、前臨床有効性と安全性/毒性試験のための齧歯類の肺への新薬の直接配信を可能にします。吸入薬物送達肺中の高濃度の有効性を改善し、全身性副作用を最小化する呼吸器疾患のための複数の利点を有します。これらの利点からの吸入コルチコステロイドと気管支拡張利益および吸入送達もまた、将来の生物学的療法の可能性を保持することができます。本明細書に記載の吸入器は、生成する特徴付けのためのサンプル、及び均一げっ歯類の肺における薬物エアロゾルを堆積させることができます。これは、げっ歯類の肺に沈着薬物用量、臨床開発を開始する前に必要なキーデータの有効性と安全性の前臨床決意を可能にします。
呼吸器疾患の治療のための薬剤の吸入投与には多くの利点があります。吸入配信は、作用部位、肺に直接治療剤を適用します。肺における薬剤の高い局所濃度は用量と全身曝露を最小限に抑えることが重要な利点を提供し、有効性を最大化します。これは大幅に薬物の治療指数(TI、有効性を提供する薬物の用量にわたって副作用を引き起こす薬剤の投与量の比)を増加させることができる重要な利点です。吸入β2 -アドレナリンアゴニスト、コルチコステロイド、および抗コリン作用薬は、全身性の副作用(頻脈、免疫抑制、及び便秘)を最小にしながら、これらの薬剤が経口摂取された場合に観察、喘息およびCOPD患者における肺機能を改善するのに有効であることが証明されています。新しい薬剤クラス(例えば、PDE4阻害剤1およびBTK阻害剤は、2)最近、持っています前臨床動物疾患モデルにおいて肺機能を改善するのに有効ではなく、2 -アゴニスト、コルチコステロイド、および抗コリン作用薬、βと同様証明、吸入送達によって最小にすることができる全身性の副作用に苦しみます。対吸入経口薬の開発のコスト増に、吸入製剤は、唯一成功した経口/全身投与は、メカニズムに基づく全身性の副作用を制限する用量を明らかにした後、呼吸器の適応症のために考慮されるべきです。
前臨床的に、吸入化合物は、in vivoでの有効性と副作用の測定において必要TIを増加させるために最適化されています。最初にこれらの測定値は、別々のアッセイ、通常局所的に送達効力測定及び全身送達副作用の測定で行われたが、真にに化合物を比較することができ、有効性及び副作用は、吸入投与後に同じ動物で測定されなければなりません。これは、AC用量/反応の研究が必要です測定可能な副作用を誘導するために、肺に投与し、十分な化合物をhieve。現在一様に複数の小さな動物の肺への薬物の大用量を分配する唯一の方法は、同時に鼻のみの吸入3、4、5です。異なる吸入暴露技術の長所と短所は最近、6、7、8を検討されています。特殊な装置および試験化合物(グラム量)多量の鼻のみの吸入薬物送達のために必要とされるが、概念実証研究は、他の手段によって可能です。
薬剤の量は、(ミリグラム量)制限された場合に、直接投与方法は、オプションであるが、全てが実質/肺胞の中央気道に沿って集中し、あまり表さ以上の薬剤と、不均一な堆積に悩まさ領域3、4、5。直接注入により送達される有効量は常に高く、直接吸入用量4と比較することはできません。鼻腔9、気管内液10、11及びスプレー点滴12、または乾燥粉末吹送13を含む直接注入法は、14は後鼻のみの吸入試験のおおよその用量範囲を決定するために、または決定するためのスクリーニングツールとして使用することができます構造的に類似薬15の一連のための有効性/毒性のランキング。中心気道付着パターンに、直接投与方法は、中央気道(気管支拡張薬又は肥満細胞阻害剤)に作用する化合物の効果を決定するために、より有用である可能性がある原因IよりN末梢肺(抗炎症)。
時間まで、必要とされるため、単一の深い呼吸で吸入器からの濃縮されたエアロゾルの実質的な量を吸入することができる人間とは異なり、呼吸の連続的な世代(0.5~5ミクロンの質量メジアン空気力学的直径、MMAD)エアロゾルは、堆積させます鼻のみの吸入システム16における自発呼吸齧歯類の肺への効果的な薬物投与量。連続鼻のみの吸入試験に必要なエアロゾル粒子のサイズおよび濃度を生じることができるエアロゾル発生器(ジェット噴霧器又はライトダストフィード17)は、高品質(呼吸)エアロゾルを生成するのに非常に効率的ではありません。強力なため、これらのエアロゾル発生器への薬剤供給速度(IC機能的細胞ベースのアッセイにおけるnmの50 PM)の化合物は、1から10mg /分の範囲で一般にあり、その薬剤エアロゾルの通常1%未満は、呼吸ゾーンにそれを行います動物の(図1)。生成された粒子の多くが肺に入る(> 5ミクロン)大きすぎると鼻の中の薬物の大量投与を避けるために、エアゾール分類器(5μmのカットポイントとのプレセパレーターまたはサイクロン)によって除去されます。鼻のみの吸入システムの非効率性を追加すると、呼吸粒子のための小さな粒子サイズ範囲(0.5〜5マイクロメートルMMAD)です。エアロゾル粒子が0.5μm未満の多くは(タバコの煙のような)呼気および肺18内に堆積されていません。また、鼻の中に「大きな」エアロゾル粒子(〜5μm)の堆積物の多くは、それらが胃19の中に飲み込まれ、のどの奥に向けた粘液線毛クリアランスによって吸収される又は輸送されています。鼻のみの吸入を使用する場合は、鼻内に堆積用量は、肺に沈着用量および全身曝露と副作用20に貢献することができる鼻投与量よりも常に大きいです。本質的に、吸入DRUgの用量は、鼻、肺、胃腸組織によって吸収された薬物の全身性副作用の可能性を最小限に抑える(マイクログラム範囲で)小さいです。動物に供給されたエアロゾルの粒径が呼吸範囲、肺の動物デポジットの呼吸ゾーンにそれを作るエアロゾル粒子のわずか4%の平均であっても。より効率的なエアロゾル発生器が利用可能であるが、ジェットネブライザとライトダスト原料はそれぞれ、多様な液体および乾燥粉末製剤からの連続エアロゾルを生成する能力のために比類のないです。
プレ分離器からの呼吸用エアロゾルは、フロー過去ノーズデザイン22に基づいている鼻専用暴露吸入部21に渡します。吸入器は、(2つだけの層は、図1に示されている)3層を有し、各層は、動物およびエアロゾルサンプリングの10個の露光ポートを含んでいます。ポートは、CEの周囲に位置していますntralエアロゾルプレナム。意識のあるマウス(1.2インチ径で長さ6インチ)のガラス拘束ホルダーに入れ、吸入器のエアゾール内容を呼吸しています。マウスを拘束装置23に順応されていません。以前の経験は、または適合2せず、マウスは同様に時間期間未満の管拘束を許容することが示されています。
吸入器は、オペレータへの露出を避けながら、動物の肺に直接薬物エアロゾルを提供するように設計されています。これらの薬剤の効力/毒性は通常、未知と複数のエンジニアリング安全管理は事業者への暴露を回避するために使用されています。事業者は、常に個人用保護具(手袋、実験室のコート、呼吸器、および安全メガネ)を着用しなければなりません。吸入ユニットの外側プレナムは、単一または動物群withoの安全な除去を可能にする、動作中常に負圧でありますUTは、エアロゾル発生器を遮断します。吸入ユニットはまた、故障の場合に室内にエアロゾルの漏れを防止するために、天井の排気口によって負圧に維持二次囲いに含まれています。吸入システムからのすべての流出空気が環境中に放出する前にHEPAフィルタによってフィルタリングされます。本稿で使用される鼻専用暴露システムは、単一のベンダー( 材料の補足の表を参照)から購入しました。
げっ歯類の肺への医薬エアロゾルを送達する鼻のみの吸入システム及びその動作について説明しました。鼻専用ホルダーに動物を拘束して空気中の物質に動物を曝露するために一般的に使用される方法です。用量堆積は0.1μg/ kgでのED 50を有するマウスに鼻のみの吸入によって送達された場合の実験を強力にメタコリン誘発気管支収縮を逆転させることができる抗コリン気管支拡張臭化イプラトロピウム34を実証を行いました。イプラトロピウムの有効用量でより大きい10倍の増加は、気管内送達(ED 50気管= 1.3μgの/ kgを、データは示していない)送達後の気管支拡張のために必要でした。これは、気管内投与3、5、10によって生成され、肺における薬剤の不均一な堆積パターンによるものです。 10倍と大きい実効線量他の薬剤のための吸入と気管内投与技術との間の差は、他の4によって以前に観察されています。
気管内投与により産生さ肺における薬剤の不均一な堆積パターンは、薬物が全身循環に入る速度を減少させ、全身性副作用を見ての可能性を減少させる、肺35によって薬物の吸収を遅くします。したがって、新規吸入薬、鼻のみの吸入送達の安全性/効能(治療指数)を最適化するための36が使用されるべきです。気管内沈着は、全身循環への肺における誤った高い実効線量と低用量を生成することにより、TIの不正確な推定値を与えます。
吸入経路で配信新薬が開発されているとして、適切にEFを予測するために、前臨床有効性試験からの有効な薬物投与量を変換するために不可欠です臨床試験のためのficaciousヒト用量。 Tuskoの悪名高い死象37は、一般的に種間の薬物投与量を予測し、種間の薬物投与量が直線的に身体の塊の単純な比較に基づいて推定することがないことをするために相対成長スケーリングを使用するように私たちを思い出させるために文献に引用されています。前臨床効果は38の研究から、人間の薬剤の投与量を予測するために0.67の相対成長指数bに相対成長のアプローチを使用するのが一般的です。マウスを使用して0.9μgの/イプラトロピウムためkgで、0.67のアロメトリー指数0.03キログラムのマウスの体重、及び60キログラムのヒト体重のED 90を吸入しました。 0.07μgの推定ヒトED 90 / kgの((0.9×(0.03 / 60)。これは予測値我々のマウスデータからの予測ヒト堆積量として算出することができる(1から0.67)= 0.07)が実際の人間と同等ですやる配信から計算することができ0.26μgの/キログラムの有効堆積用量、SE40μgの39の0.4のヒト経口吸入肺沈着画分16((40/60)* 0.4 = 0.26)を乗じた60キロのヒトの体重で割りました。効果的な人間吸入堆積線量の推定値は、臨床試験40のために必要な吸入毒性試験で使用される配信用量を計画するのに役立ちます。
鼻のみの吸入技術を開発する際に特殊な装置や鼻のみの吸入薬物送達のために必要な試験化合物(グラム量)多量の重大な制限であることができます。具体的な用量は(通常は毒性はなく効果の用量/応答)研究のために必要とされる場合に存在動物なしのキャリブレーション実行が必要であり、このキャリブレーション実行が利用可能であることをより多くの薬が必要になります。各薬物/製剤の物理化学的特性が大幅に堆積投与量に影響を与えるのに十分に変化させることができるため、このキャリブレーションの実行が必要です肺における薬剤の。キャリブレーション実行中のエアロゾル発生器への空気と薬物送り速度の最適化が必要な特定の用量のためのエアロゾル粒子の大きさや濃度を達成するために必要とされます。方法で提案されているエアロゾル発生器の空気と薬剤供給速度は妥当な出発点であるが、特定の薬物製剤のための非呼吸(粒径> 5ミリメートル)エアロゾルが生成されること可能性があります。前臨床段階では、そこにキャリブレーションの実行を行うには、多くの場合、十分な薬が使用できず、肺になっている(もしあれば)どのような用量を先験的に知ることは不可能です。また、静電気は、エアロゾル生成プロセス中に生成され、平衡化するためのエアロゾル濃度に要する時間に影響を与えることができます。適切に静電荷を最小化するための機器を接地することが重要です。静電気を最小限にするために別のオプションは、導電性を高めるために、吸入器に供給される空気に湿度を追加することで、粒子25上の静電荷を散逸させます。エアロゾル発生器に供給される空気を加湿する短い(<1時間)投与セッション中の動物の快適さのために必要とされず、より長い投与時間が使用される場合に考慮されるべきです。
薬は、受動鼻のみの吸入または鼻咽頭沈着をバイパスし、直接気管内投与方法により動物の肺に送達することができます。鼻のみの吸入送達は、一般的に吸入毒性41の分野で使用されているが、控えめに創薬プロセスの初期段階で使用されています。学際的な研究チームは、のために鼻のみの吸入試験実施のために必要とされる:大量の薬物の必要性、策定生成、およびエアロゾルを特徴付けるために必要な専門知識を。複雑な機器を操作し、呼吸器疾患の動物モデルにおける薬効を測定します。本明細書に記載の送達技術は、Smalのを開発するために使用されていますL分子が薬物を吸入が、将来的に吸入生物42,43を開発するために適用することができます。うまくいけば、この原稿に文書化された手順とヒントは、エアロゾル吸入によって齧歯類に薬物を送達するために必要なスキルを習得するための新たな前臨床創薬・毒物学の研究者が容易になります。
The authors have nothing to disclose.
我々は認める:彼の技術的な専門知識と機器のカスタマイズのためのTSEシステムズ社のDr. トーマス・ブディマン。彼らの有益な議論のためのジョン・フライ(バテル社)と博士ルディイェーガー(CHテクノロジー株式会社)。天呉、サムMboggo、エイプリル・ミラー、および実験との助けのためのショーン・デイビス(Amgen社)。
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 |