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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-08-26 08:38
鼻腔給藥既可以實(shí)現(xiàn)局部暴露,也可以達(dá)到全身系統(tǒng)給藥的目的。鼻腔是空氣吸入的主要路徑,空氣中可以攜帶顆粒、液體或氣體。另外,鼻子還有兩個(gè)額外功能,嗅覺和通過(guò)加熱、加濕和過(guò)濾進(jìn)入的氣流以保護(hù)肺部。大的和/或有刺激性的顆?;蝻w沫會(huì)引發(fā)反射性噴嚏,從而被排出,避免肺部沉積或全身吸收。然而,如果有合適的制劑和遞送裝置,藥物可以局部吸收或通過(guò)鼻粘膜進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán),從而實(shí)現(xiàn)治療目的。未被鼻子吸收的小顆粒物可被吸入肺部,或在肺局部起作用,或被吸收到系統(tǒng)循環(huán)中,或通過(guò)粘液纖毛清除和巨噬細(xì)胞攝取清除。進(jìn)入鼻腔的液體,既可以在鼻腔內(nèi)吸收,也可以被吸入遞送至肺部。較大的吸入顆粒物也有機(jī)會(huì)被胃腸道清除。這些顆?;蛞旱胃街诒亲永锏恼骋荷?,被纖毛推向鼻子后部,排入鼻咽,最終被吞咽到食道和胃中。除了從鼻子中清除藥物外,這種機(jī)制還可能導(dǎo)致藥物通過(guò)胃腸道實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)暴露。因此,鼻內(nèi)給藥是個(gè)局部和全身吸收共存的給藥途徑,既可以產(chǎn)生預(yù)期的藥理作用,也可能因?yàn)榉穷A(yù)期的暴露出現(xiàn)毒性反應(yīng)。
鼻腔給藥有很多優(yōu)勢(shì),給藥簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)、允許大多數(shù)患者(包括惡心或嘔吐的患者)自行用藥。而且,除了直接遞送至鼻內(nèi),還可以實(shí)現(xiàn)多種靶部位的藥物暴露。比如已上市的鮭魚降鈣素和催產(chǎn)素鼻噴可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)治療的目的,舒馬曲坦和唑米曲坦則可以通過(guò)鼻腔給藥實(shí)現(xiàn)入腦治療偏頭痛。鼻粘膜與大腦位置很接近,可以實(shí)現(xiàn)大腦和/或腦脊液中藥物的快速暴露。還有些在開發(fā)的藥物則通過(guò)鼻內(nèi)給藥實(shí)現(xiàn)靶向肺部組織的目的。由于相對(duì)較大的血管表面積,分子量<1 kDa的親脂性藥物非常容易被吸收,系統(tǒng)暴露甚至達(dá)到與靜脈注射(IV)途徑相似。言外之意,很多經(jīng)鼻給藥的藥物可以實(shí)現(xiàn)比經(jīng)口給藥更高的生物利用度、更好的耐受性。畢竟,經(jīng)鼻給藥沒有首過(guò)消除。
與任何途徑一樣,經(jīng)鼻給藥也有其局限性。大分子,如許多蛋白質(zhì)、肽(>1kDa)和親水性藥物往往經(jīng)鼻吸收很差,主要受限于鼻腔黏膜纖毛快速清除。當(dāng)然,有企業(yè)在開發(fā)粘膜粘合劑和滲透增強(qiáng)劑以促進(jìn)這類藥物的吸收。經(jīng)鼻給藥另外一個(gè)缺點(diǎn)是雖然無(wú)首過(guò)效應(yīng),但鼻子也是個(gè)代謝活躍的器官,有些藥物在鼻腔環(huán)境中被代謝。此外,鼻腔畢竟是暴露在外部環(huán)境的,而且受生理?xiàng)l件影響,吸收變異可能會(huì)比較大。
所幸動(dòng)物在鼻解剖學(xué)和生理學(xué)方面與人體相似,通過(guò)動(dòng)物藥理學(xué)和毒理學(xué)研究,可以比較容易推斷人體情況。因此,可以用動(dòng)物對(duì)制劑、粒徑大小、通氣量、給藥體積和/或暴露位置等進(jìn)行研究,實(shí)現(xiàn)經(jīng)鼻給藥后局部或全身靶組織暴露的目的。
鼻解剖學(xué)和生理學(xué)
在所有哺乳動(dòng)物中,鼻中隔將兩個(gè)鼻腔分開??諝馔ㄟ^(guò)鼻腔(鼻孔)流入前庭,到達(dá)鼻前房。前庭有起支持和保護(hù)功能的角質(zhì)化的復(fù)層鱗狀上皮。前庭體積?。ㄈ梭w約0.6 cm3),血管少,滲透性差。在前庭之后,空氣流入中庭,氣流速率在該區(qū)域下降。中庭具有與前庭相似的功能。一旦空氣通過(guò)中庭進(jìn)入鼻子的主腔,就會(huì)到達(dá)一個(gè)具有血管豐富、滲透性強(qiáng)和表面積大特點(diǎn)的區(qū)域(人體約130 cm2)。鼻呼吸區(qū)的主要細(xì)胞類型為杯狀細(xì)胞、假?gòu)?fù)層纖毛柱狀上皮和基底細(xì)胞等。杯狀細(xì)胞產(chǎn)生粘液,而纖毛上皮細(xì)胞將粘液推向鼻咽遠(yuǎn)端(粘液纖毛清除)?;准?xì)胞充當(dāng)祖細(xì)胞。這三種細(xì)胞類型位于回旋褶皺,即鼻甲上,限制氣體流動(dòng),使吸入的空氣與呼吸道上皮之間緊密接觸。這個(gè)區(qū)域是大多數(shù)藥物進(jìn)入血液的主要入口。
鼻內(nèi)的血管、淋巴管、神經(jīng)和腺體對(duì)藥物遞送也很重要。動(dòng)脈是以與吸入氣流相反的方向向前流動(dòng),可以達(dá)到對(duì)吸入空氣加溫和加濕的作用,其中克氏叢(Kiesselbach’s plexus)區(qū)域作用最為明顯。該區(qū)域鱗狀上皮細(xì)胞逐漸向呼吸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化,大多數(shù)親脂性藥物在此處被吸收??耸蠀彩且粋€(gè)高度血管化的區(qū)域,包含無(wú)瓣靜脈、有孔毛細(xì)血管和多孔內(nèi)皮基底膜,這些基底膜會(huì)對(duì)神經(jīng)、機(jī)械、熱、心理或化學(xué)刺激做出反應(yīng),繼而改變血容量,并導(dǎo)致藥物吸收速率的快速變化。同樣,漿液腺和漿膜粘液腺的分泌物可以在副交感神經(jīng)的控制下分泌大量液體和粘液,對(duì)藥物吸收產(chǎn)生重要影響。此外,脂溶性藥物可以通過(guò)淋巴管吸收。淋巴管排入周圍的淋巴結(jié),與鼻腔相關(guān)的淋巴組織一起,作為識(shí)別和消除病原體的重要部位。淋巴管也可以作為鼻腔吸入疫苗的抗體產(chǎn)生部位。
鼻子主要由嗅覺神經(jīng)、三叉神經(jīng)和面部神經(jīng)三種顱神經(jīng)的分支支配。面部神經(jīng)的傳出纖維控制著該區(qū)域的肌肉,但對(duì)于藥物遞送來(lái)說(shuō),影響副交感神經(jīng)纖維比較重要,因?yàn)槠淇梢源碳け窍僬骋悍置诤脱苁鎻垼瑥亩@著影響藥物吸收。三叉神經(jīng)是頭部和面部的主要神經(jīng),其傳入分支負(fù)責(zé)機(jī)械疼痛/觸摸疼痛和對(duì)溫度的感覺。三叉神經(jīng)末梢沒有覆蓋上皮層,從而允許揮發(fā)物和小顆粒直接接觸神經(jīng)元受體。對(duì)于藥物遞送,這一點(diǎn)非常重要,因?yàn)檫@些受體與藥物和制劑的耐受性/刺激性有關(guān)。最后,嗅覺神經(jīng)從嗅球通過(guò)鼻子最接近顱側(cè)的篩狀板進(jìn)入鼻子。許多藥企將該神經(jīng)作為藥物通過(guò)鼻子進(jìn)入大腦的重要路徑。
鼻解剖結(jié)構(gòu)的種屬差異
盡管哺乳動(dòng)物鼻子的解剖和生理在不同物種之間基本相似,但還是存在一些差異。在將藥物輸送到鼻腔以及解釋毒理學(xué)研究結(jié)果時(shí),需要考慮鼻腔結(jié)構(gòu)和功能的種屬間差異。例如,人類和非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物的鼻甲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而小鼠、大鼠、兔子和犬的鼻甲結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。鼻甲的數(shù)量和形狀會(huì)影響氣流特征,進(jìn)而影響藥物的沉積。鼻甲結(jié)構(gòu)也可以產(chǎn)生較大的表面積,從而影響藥物吸收。下表顯示了不同種屬鼻子的相對(duì)體積、表面積和鼻甲復(fù)雜性。表面積值比較關(guān)鍵,用于經(jīng)鼻毒性研究中的劑量標(biāo)準(zhǔn)化,類似于全身給藥的體重或體表面積的使用。

毒理研究中的藥物遞送和裝置
很多種因素包括遞送裝置、體積、麻醉、給藥方法等均會(huì)影響藥物的經(jīng)鼻吸收。對(duì)于小型嚙齒類動(dòng)物(大鼠和小鼠)藥理學(xué)和毒理學(xué)試驗(yàn),通常采用移液器滴鼻的方式給藥。給藥應(yīng)與吸氣相一致,以便通過(guò)毛細(xì)管作用將溶液吸入鼻孔,同時(shí)將動(dòng)物保持直立。不要將移液器尖端插入鼻孔或離動(dòng)物太近,以防對(duì)動(dòng)物造成損傷,尤其是重復(fù)給藥毒性試驗(yàn),更應(yīng)注意。這種方式給藥盡量保證不同組別間更換移液器的頭,預(yù)防污染。也可以遞送更大劑量,但為了實(shí)現(xiàn)最佳全身吸收,總遞送劑量應(yīng)拆分成更小的液滴,少量多次給藥,液滴大小如下表所示。每滴給藥后,在下一滴給藥前暫停約3-5秒,將有助于防止液體積聚和吞咽,從而提高藥物的吸收。如果動(dòng)物在給藥時(shí)排出或打噴嚏,應(yīng)記錄下來(lái),但通常不會(huì)重新給藥,尤其是在長(zhǎng)期毒理研究中。每次給藥完成后,應(yīng)將動(dòng)物頭部保持向后傾斜的位置約5-10秒,以防止藥物從鼻孔中流出。嚙齒類動(dòng)物鼻腔給藥通常耐受性很好,但如果給藥頻率超過(guò)每天三次,則可能會(huì)出現(xiàn)體重減輕和鼻腔刺激。

非嚙齒類動(dòng)物鼻腔體積大,可以借助注射器滴入,也可以使用臨床裝置如液體泵、干粉裝置進(jìn)行鼻內(nèi)給藥。當(dāng)然,動(dòng)物試驗(yàn)是不強(qiáng)制要求采用與臨床完全一樣的裝置給藥的。犬和靈長(zhǎng)類通常是一名技術(shù)人員固定動(dòng)物,另外一名技術(shù)人員負(fù)責(zé)給藥。不過(guò),犬比較容易操作,耐受性通常也不錯(cuò)。但靈長(zhǎng)類操作起來(lái)就會(huì)更有挑戰(zhàn)一些,而且比較容易產(chǎn)生應(yīng)激,因此需要限制每天給藥體積和給藥次數(shù),如上表所示。
影響藥物沉積和吸收的因素很多,包括與設(shè)備直接接觸、給藥溶液濃度、極端pH、冷的液體等。這些化學(xué)和機(jī)械因素可能會(huì)引起刺激、分泌物、撕裂、瘙癢、打噴嚏、出血和疼痛,所有這些都會(huì)導(dǎo)致藥物吸收減少。
如果使用鼻腔噴霧劑降低藥物粒徑,潛在會(huì)促進(jìn)藥物吸收,并可能增加藥物在肺部的分布。另外,通過(guò)增加給藥體積,也能增加藥物在肺部的暴露。當(dāng)然,前文也提到過(guò),經(jīng)鼻吸入的藥物可以通過(guò)海綿竇/靜脈竇/頸動(dòng)脈壁/血腦屏障,或淋巴通路/嗅覺神經(jīng)/三叉神經(jīng)周圍的血管空間進(jìn)入大腦。
制劑
為實(shí)現(xiàn)不同解剖部位(系統(tǒng)循環(huán)、肺和大腦)暴露的目的,增強(qiáng)藥物在鼻子中的持久性和吸收,制劑的改進(jìn)也很關(guān)鍵。水溶液和干粉類制劑已經(jīng)有很多上市產(chǎn)品。但新型聚合微球和納米顆粒,在改善暴露方面可能更具優(yōu)勢(shì)。另外,為了提高水溶液的耐久性和滲透性,已經(jīng)使用了合成的表面活性劑、膽鹽、磷脂和環(huán)糊精,同時(shí)也探索了膠束、脂質(zhì)體和各種乳液用于類似目的。對(duì)于干粉類制劑,已經(jīng)在嘗試使用生物粘合劑和其他降低藥物清除率的制劑。
經(jīng)鼻給藥的毒理設(shè)計(jì)
目前沒有專門針對(duì)經(jīng)鼻給藥的非臨床研究指導(dǎo)原則,可以參考一些通用型指南比如ICH M3(R2)、ICH S6(R1)和FDA改劑型或給藥途徑的相關(guān)指南。通常來(lái)講,給藥途徑、給藥濃度、給藥方案(持續(xù)時(shí)間和頻率)需要與臨床擬用方案相似或超出。但是,出于動(dòng)物福利方面的考慮,經(jīng)鼻給藥非臨床研究中達(dá)到充分的劑量倍數(shù)、或相似的給藥頻率可能會(huì)有些挑戰(zhàn)。不過(guò),藥物濃度至少要與臨床擬用產(chǎn)品相當(dāng)或更高。除非藥物溶解度達(dá)不到,給藥倍數(shù)可以按照鼻內(nèi)相對(duì)表面積換算(參照前文表格),達(dá)到臨床擬用劑量的10-20倍。可以少量多次給藥以達(dá)到更高的日給藥總量(total daily dose)。 種屬選擇方面,根據(jù)相關(guān)動(dòng)物種屬情況,常見組合是大鼠+犬或大鼠+非人靈長(zhǎng)類。當(dāng)然,如果是已上市產(chǎn)品改劑型,通常僅在一種最相關(guān)種屬中開展經(jīng)鼻重復(fù)給藥毒性研究是可以接受的。
動(dòng)物數(shù)量方面并無(wú)特殊,與其它系統(tǒng)給藥路徑相似。對(duì)照組設(shè)置方面,正常設(shè)置一組vehicle對(duì)照即可,但如果制劑中含有之前未使用過(guò)的新型輔料,則建議增加一組buffer對(duì)照。如果藥物經(jīng)鼻給藥的目的是實(shí)現(xiàn)肺部暴露,建議額外增加每組動(dòng)物數(shù),原因是為實(shí)現(xiàn)藥物吸入和肺部充分暴露,往往需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行深度麻醉,可能會(huì)出現(xiàn)動(dòng)物死亡的情況。當(dāng)然,對(duì)于藥物粒徑小于5μm的制劑,實(shí)現(xiàn)肺組織暴露相對(duì)容易,不涉及麻醉,上述風(fēng)險(xiǎn)就低很多。
毒理終點(diǎn)方面,除標(biāo)準(zhǔn)毒理要求的體重、攝食量、臨床觀察、臨床病理學(xué)、眼科檢查、尸檢、器官重量、組織病理學(xué)等以外,經(jīng)鼻途徑的藥物還需要進(jìn)行某些特定評(píng)估。比如臨床觀察,需要特別關(guān)注給藥部位的情況。另外,據(jù)報(bào)道,鼻內(nèi)暴露于化合物后,可能會(huì)對(duì)嗅覺功能產(chǎn)生影響,包括嗅覺缺失,也需要進(jìn)行評(píng)估。簡(jiǎn)單的嗅覺測(cè)試如埋藏食物搜尋測(cè)試。也有些更復(fù)雜和靈敏的測(cè)試,比如嗅覺上皮產(chǎn)生的負(fù)電位可以在類似于眼睛視網(wǎng)膜電圖的嗅覺電圖中測(cè)量。
前文已有提及,鼻子中的疼痛受體是沒有被鱗狀上皮覆蓋的,經(jīng)鼻遞送的藥物幾乎直接進(jìn)入自由神經(jīng)末梢,并可能導(dǎo)致上呼吸道刺激。如果藥物潛在產(chǎn)生刺激作用,則可以評(píng)估刺激效力。三叉神經(jīng)刺激會(huì)導(dǎo)致小鼠呼吸模式的特征性變化,這些變化可以用頭外置式體積描記系進(jìn)行評(píng)估,并可參考美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法(ASTM 981-04, 2012)。
經(jīng)鼻給藥毒理學(xué)研究中特別重要的是鼻腔的組織病理學(xué)評(píng)估。通常情況下,在對(duì)鼻骨進(jìn)行脫鈣后進(jìn)行四次或多達(dá)六次鼻腔切片。這一過(guò)程通常會(huì)增加一兩周的病理處理時(shí)間。同樣,應(yīng)該對(duì)大腦的嗅覺區(qū)域進(jìn)行額外的評(píng)估,特別是藥物具備中樞活性。除了通常用于組織病理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)切片外,建議再增加2-4個(gè)切片。由于經(jīng)鼻給藥也會(huì)導(dǎo)致藥物暴露于口咽、喉、氣管、肺、食道和胃,因此在病理學(xué)評(píng)估中應(yīng)特別關(guān)注這些部位的組織或器官。此外,如果下頜下、支氣管和縱隔引流淋巴結(jié)腫大,也要進(jìn)行相應(yīng)評(píng)估。
鼻腔和大腦以及上述其他組織通常用蘇木精和伊紅染色。如果出現(xiàn)問(wèn)題,建議對(duì)嗅上皮和嗅球進(jìn)行特殊染色評(píng)估。如果存在粘液增生,阿利新藍(lán)(pH 2.4)和周期性酸-希夫染色可以突出粘液產(chǎn)生細(xì)胞。嗅覺纖毛中發(fā)現(xiàn)的嗅覺受體神經(jīng)元標(biāo)記物嗅覺標(biāo)記蛋白(OMP)和腺苷酸環(huán)化酶3(AC3)也可能有用。也可以使用幾種嗅覺特異性較低的神經(jīng)元標(biāo)記物,例如β-tubulin, fluoro-jade, silver stain和caspase 3.
鼻粘膜中常見的供試品相關(guān)或背景發(fā)現(xiàn)包括:纖毛縮短(吸收)或缺失、上皮細(xì)胞去分化、增生/化生、粘液(杯狀細(xì)胞)增生/化生、嗜酸性粒細(xì)胞包涵體/液滴、炎癥、粘膜水腫、變性、萎縮、壞死、鼻甲潰瘍和骨質(zhì)增生。值得注意的是,粘液細(xì)胞(杯狀細(xì)胞)增生和嗜酸性粒細(xì)胞包涵體/液滴是嚙齒動(dòng)物毒理學(xué)研究中的常見發(fā)現(xiàn),可能與人類病理學(xué)無(wú)關(guān)。

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