Wie wählt man die richtige Dosierungsmethode für Mäuse? Schlundsonde VS Intraperitoneal VS Intravenös?

Es gibt verschiedene Verabreichungsmethoden bei Tierversuchen, wie z.B. orale, intraperitoneale, intravenöse, intrazerebrale Injektion usw. Wir wählen aber häufig eine bestimmte Verabreichungsmethode, die im Labor üblich ist, ohne den Grund zu kennen. Zum Beispiel wählt unser Labor oft die intraperitoneale Injektion. Aber wir wissen nicht, warum. Tatsächlich steckt viel Wissen dahinter! In diesem Fall werden wir aus der Perspektive der Pharmakologie und Pharmakokinetik die Grundsätze für die Wahl der Verabreichungsart erläutern.

1.Häufig verwendete Verabreichungsmethoden für Versuchstiere

Häufige Verabreichungsmethoden für Versuchstiere sind: oral, intravenös, intraperitoneal, subkutan, intramuskulär, intraspinal, intraventrikulär, intradermal, lymphatisch, nasal und sublingual..

Funktionsdiagramm verschiedener üblicher Verabreichungsmethoden für Medikamente(Schlundsonde, intraperitoneale, intrazerebrale und Schwanzveneninjektion)

1.1 Orale Verabreichung (po)

• Arzneimittelkreislauf: Speiseröhre → Magen → Dünndarm → Dünndarmkapillaren(Aufnahme ins Blut) → Jejunalvene → obere Mesenterialvene → Pfortader → Leber → Lebervene → untere Hohlvene → rechter Vorhof → rechter Ventrikel, Absorption in den Blutkreislauf;

• Eigenschaften: sicher und bequem; Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt, mit First-Pass-Metabolismus im Magen-Darm-Trakt und First-Pass-Metabolismus in der Leber, und die Bioverfügbarkeit einiger Verbindungen ist sehr gering;

• Schwierigkeit der Verabreichung: bezieht sich hauptsächlich auf Schlundsonde, die Operation ist relativ einfach;

• Dosierungsvolumen: Maus: 0.1-0.8ml; Ratten: 1-3ml.

1.2 Intraperitoneale Verabreichung (ip)

• Arzneimittelkreislauf: obere Mesenterialvene → Pfortader → Leber → Lebervene → untere Hohlvene → rechter Vorhof → rechter Ventrikel, Absorption in den Blutkreislauf;

• Eigenschaften: Es gibt keinen First-Pass-Metabolismus im Magen-Darm-Trakt, aber immer noch einen First-Pass-Metabolismus in der Leber, und die Bioverfügbarkeit ist hoch;

• Verabreichungsschwierigkeit: relativ einfach;

• Dosierungsvolumen: Mäuse: 0.2-0.8ml; Ratten: 1-2ml.

1.3 Intravenös (iv)

• Arzneimittelkreislauf: Das Arzneimittel gelangt direkt ins Blut;

• Eigenschaften: Es gibt keine Absorptionsbarriere und keine First-Pass-Metabolismusbarriere, und die Bioverfügbarkeit ist am höchsten;

• Verabreichungsschwierigkeit: schwierig;

• Dosierungsvolumen: Mäuse: 0.05-0.2ml.

1.4 Subkutane Injektion (sc) und intramuskuläre Injektion (im)

Das Medikament wird hauptsächlich durch subkutane und intramuskuläre Kapillaren absorbiert. Die Absorption ist nicht so vollständig wie bei intravenöser Injektion, aber subkutane Injektion und intramuskuläre Injektion vermeiden auch erfolgreich First-Pass-Metabolismus im Magen-Darm-Trakt und in der Leber;

• Dosierungsvolumen: Mäuse: 0.05-0.1ml; Ratten: 0.1-0.2ml.

1.5 Intradermale Injektion(id)

Bei der intradermale Injektion wird das flüssige Medikament zwischen Epidermis und Dermis injiziert. Wie bei einigen Antibiotika für allergische Hauttests handelt es sich um Intradermale Injektion, und die Absorption der intradermalen Injektion ist langsam;

• Dosierungsvolumen: Mäuse: <0.05ml; Ratten: <0.1ml. 

Verabreichungsstellen für vier häufig verwendete Injektionsmethoden[1]

1.6 Intrazerebrale Injektion

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, werden die Koordinaten der Locators entsprechend der Stereoskopischen Gehirnkarte angepasst und das Medikament wird präzise in den Hirnventrike oder bestimmte Gewebe des Gehirns, wie den Hippocampus, die Substantia nigra usw.

• Eigenschaften: Das Medikament wird direkt in das Gehirn injiziert, die Absorption des Medikaments und die Blut-Hirn-Schranke werden umgangen und die Menge des Medikaments wird sichergestellt, die in das Gehirn gelangt[2]; das Volumen der intrazerebralen Injektion ist sehr gering, <0.03ml.

Nachdem wir die Eigenschaften der oben genannten verschiedenen Verabreichungsarten verstanden haben, welche sollten wir in Tierversuchen wählen?

2. Wählen Sie entsprechend dem Zweck des Experiments

Tierversuche können grob in Wirksamkeitsexperimente, Pharmakokinetikexperimente, Toxizitätsexperimente und Toxikokinetikexperimente unterteilt werden.

2.1 Pharmakodynamische Experimente: Das Medikament sollte unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen klinischen Verabreichungsmethode des entwickelten Medikaments und der Indikaionen ausgewählt werden. Beispielweise haben intravenöse und intraperitoneale Injektionen schnelle Absorptionsraten sind für die Notfallbehandlung geeignet.

2.2 Pharmakokinetische Experimente: Aus Sicht der Bioverfügbarkeit verwenden Sie zur Untersuchung der oralen Bioverfügbarkeit eine Tiersonde und zur Untersuchung der intraperitonealen Bioverfügbarkeit eine intraperitoneale Verabreichung.

2.3 Toxizitätsexperiments: Besonders bei akuten Toxizitätsexperimenten variiert die Toxizität von Verbindungen erheblich, da unterschiedliche Verabreichungswege unterschiedliche Arzneimittelexpositionen und Absorptionsraten aufweisen.

Die folgende Tabelle zeigt die Bioverfügbarkeit verschiedener Verabreichungsarten. Die intravenöse Verabreichung ist am höchsten, gefolgt von: intraperitoneal > intramuskulär > subkutan > oral. Zusammenfassend können wir unter Berücksichtigung von Unterschied in der Bioverfügbarkeit eine sinnvolle Verabreichungsmethode auswählen[3].

3.Weitere Kombination von Arzneimitteleigenschaften

Berücksichtigen Sie vor allem die Löslichkeit, Stabilität und Toxizität des Arzneimittels. Die je nach dem Zweck des Experiments gewählte Verabreichungsmethode kann Ihre Verabreichungsart vielleicht aufgrund der Art des Arzneimittels nicht unterstützen. Zum Beispiel, wenn Sie sich für eine intravenöse Injektion entscheiden, stellt sich heraus, dass sich das Arzneimittel schwer auflöst oder die orale Verabreichung starke Magen-Darm-Schäden verursacht.

3.1 Löslichkeit: Arzneimittel enthalten oft hauptsächlich niedermolekulare Verbindungen, natürliche Extrakte und chinesische Kräutermedizin usw. Die Unterschiede in den physikochemischen Eigenschaften von Arzneimitteln führen oft zu unterschiedlicher Löslichkeit in Medien. Wasser ist das beste Reagenz, aber viele synthetische niedermolekulare Verbindungen sind in Wasser unlöslich. Wir müssen ein geeignetes Medium finden und schließlich die für verschiedene Verabreichungsmethoden verfügbaren Dosierungsformen berücksichtigen.

Die folgende Tabelle zeigt die akzeptablen pharmazeutischen Dosierungsformen für häufig verwendete Verabreichungsmethoden: 

Anmerkung:

• Orale Verabreichung: Es gibt viele optionale Dosierungsformen, solange das Medikament gleichmäßig und stabil ist.

• Intravenöse Verabreichung:  Es gibt relativ hohe Anforderungen an die Dosierungsform und die Lösung, die vollständig aufgelöst werden muss, oder das System, in dem die Medikamentenpartikel viel kleiner als rote Blutkörperchen sind, wie z.B. Öl-in-Wasser-Emulsion usw.[4], deshalb kann die unlösliche Dosierungsform für die intravenöse Injektion nicht in Betracht gezogen werden;

• Intrazerebrale und subkutane Injektion: Intrazerebrale und subkutane Dosen sind klein und müssen kombiniert werden. Beispielweise ist bei gleicher Dosierung die durch intrazerebrale Injektion und subkutane Injektion hergestellte Medikamentenkonzentration höher. Zu diesem Zeitpunkt muss berücksichtigt werden, ob die Löslichkeit des Medikaments zu den Anforderungen passt;

3.2. Stabilität: Zum Beispiel hat der Magen-Darm-Trakt bei Tieren einen bestimmten pH-Wert und einige Abschnitte sind sehr sauer. Wenn die Verbindung in vivo pH-instabil ist, sollte sie auf eine andere Weise als durch orale Verabreichung verabreicht werden;

3.3. Toxizität: Wenn es festgestellt wird, dass ein Medikament bei oraler Einnahme enterotoxisch ist, können andere Verabreichungsmethoden wie intravenöse Verabreichung berücksichtigt werden, um die Absorption des Medikaments über den Darm zu vermeiden. Die Möglichkeit einer Enterotoxizität bei Inhaltsstoffen der traditionellen chinesischen Medizin ist relativ hoch, daher ist bei der Entwicklung von Wirkstoffen der traditionellen chinesischen Medizin Wachsamkeit geboten.

4. Schließlich sollten Sie die Forschungs- und Entwicklungskosten sowie den technischen Schwierigkeitsgrad berücksichtigen.

Beispielweise wird in der Praxis in der frühen Phase der Wirkstoffprüfung nicht zu viel Geld und Zeit investiert, um die Löslichkeit und andere Eigenschaften der Verbindung zu optimieren. Versuchen Sie es daher, eine akzeptable Dosierungsform zu wählen, die der Verabreichungsmethode entspricht. Wenn eine langfristige intravenöse Verabreichung schwierig durchzuführen ist, kann für Experimente eine intraperitoneale Verabreichung mit einer etwas schlechteren Bioverfügbarkeit als die intravenöse Verabreichung in Betracht gezogen werden.

Aus Sicht der Entwicklung von neuen Medikamenten ist die orale Verabreichung am besten!

Die folgende Abbildung zeigt die Verteilung der von der FDA von 2004 bis 2013 zugelassenen neuen Arzneimittelpräparate. Darunter machte die orale Verabreichung mit 46,61% den großen Anteil aus, gefolgt von der Verabreichung per Injektion.

2004-2013 Von der FDA zugelassene neue Verabreichungswege für Medikamente[5]

Weil die orale Verabreichung die bequemste, wirtschaftlichste und sicherste Methode ist, macht sie den größten Anteil aus. Daraus gibt es ein Sprichwort, dass Medikamente, die oral eingenommen werden lönnen, niemals intravenös verabreicht werden sollten, weil intravenöse Medikamente nicht nur hohe Forschungs- und Entwicklungskosten verursachen, sondern auch hohe Risiken bergen. Die gleiche Strategie gilt auch für Versuchstiere. Allerdings sind nicht alle Medikamente oder Bedingungen für die orale Verabreichung geeignet. In bestimmten experimentellen Studien sollten wir die am geeignetsten Verabreichungsmethode wählen.

Zusammenfassend stellen wir kurz einige Strategien oder Prinzipien für die Wahl von Mehoden zur Arzneimittelverabreichung in den experimentellen Tierversuchen vor. Dieser Artikel ist eine Überblick meiner üblichen Erfahrungen. Falls es Unklarheiten oder Fragen gibt, können Sie sie stellen und voneinander lernen.