Anàlisi de líquids cerebrospinals d’espècies transversals (anàlisi de la CSF) i desenvolupament de matrius artificials: resolució de colls d’ampolla tècnics clau en bioanàlisi del medicament SNC

1 Productes iPhase

2 Funcions fisiològiques del líquid cefalorraquidi: bioanàlisi de fàrmacs cerebrals

El cervell es divideix en quatre parts, incloent el telencefaló, el diencefaló, el cerebel i el tronc cerebral. Les cavitats de diverses parts del cervell s’anomenen ventricles, que s’omplen defluid cefaloraquidi (CSF). El líquid cefalorraquidi està implicat principalment en la distribució i el metabolisme dels fàrmacs al cervell i al sistema nerviós central (SNC).

Farmacodinàmica estudia els canvis dinàmics d’absorció, distribució, metabolisme i excreció de fàrmacs a través de l’anàlisi quantitativa, reflectint el procés d’eliminació del cos de fàrmacs, centrat en el seguiment de la concentració de medicaments en sang. El Blood - Brain Barrier (BBB) ​​és una interfície d’intercanvi dinàmica amb permeabilitat selectiva, que limita la distribució de substàncies i fàrmacs nocius al cervell, alhora que restringeix la seva entrada del torrent sanguini al parènquima cerebral. Quan el BBB canvia la permeabilitat al fàrmac, la detecció de la concentració de medicaments en sang pot no reflectir amb precisió la concentració de fàrmacs al cervell. Simplement utilitzar la concentració de medicaments sanguinis com a indicador substitut de la concentració de fàrmacs al sistema nerviós central pot comportar una dosi insuficient, i hi ha un risc de pertorbar l’activitat neuronal avançada en animals a causa dels efectes secundaris terapèutics causats per fàrmacs no SNC que entren al teixit cerebral. Per tant, a nivell macro, els mètodes d’homogeneïtzació del teixit cerebral o els mètodes d’extracció de líquids cerebrospinals s’utilitzen principalment per a estudis farmacocinètics al cervell.

3 La importància de l’anàlisi de líquids cefalorraquidi en el desenvolupament de fàrmacs

El contingut de proteïnes de CSF és extremadament baix i la seva concentració de fàrmacs s’utilitza sovint com a indicador substitutiu dels medicaments lliures del SNC. No obstant això, el funcionament de la circulació de CSF és molt més lent que el de la circulació sanguínia, donant lloc a una barreja insuficient de contingut de CSF animal. Depenent de la ubicació de mostreig/de la via i de l'administració, la concentració de fàrmacs en CSF pot variar molt.Fluid cefalorraquidi artificial (CSF artificial, ACSF) és una solució que simula la composició i la funció del líquid cefalorraquidi natural i pot avaluar amb precisió les dades farmacocinètiques del SNC en experiments amb ADME in vitro. A més, també es pot utilitzar el líquid cefalorraquidi artificial per avaluar els seus efectes sobre l’edema cerebral i les proteïnes específiques.

4 Els reptes de l’anàlisi de líquids cefaloraquidi i la necessitat de la matriu en blanc artificial

4.1 Limitacions ètiques/clíniques per obtenir un líquid cerebrospinal natural

L’obtenció de líquids cerebrospinals naturals encara s’enfronta als colls d’ampolla ètics. Els individus sans han d’obtenir el líquid cefalorraquidi mitjançant la punció lumbar o el drenatge ventricular, cosa que suposa riscos de procediments invasius i dificulta la contractació de voluntaris sans. Utilitzant líquid cefalorraquidi artificial/líquid cefalorraquidi simulat(CSF artificial/CSF simulada)) Matriu en lloc de mostres naturals per a l’optimització del mètode, evitant problemes ètics, assegurant l’anàlisi normalitzada alhora que preserven les característiques de la matriu (com ara la composició de proteïnes baixes i electròlits).

4.2 Efectes de la matriu causats per diferències individuals significatives

Les espècies/diferències individuals en el contingut de proteïnes (15 - 100 mg/dL), fosfolípids i substàncies endògenes en el líquid cefalorraquidi natural poden causar supressió d’ions/efectes de millora en l’anàlisi de LC - MS/MS, especialment afectant la precisió quantitativa dels fàrmacs de baixa concentració. Personalitzant el líquid cefalorraquidi artificial/líquid cefalorraquidi simulat i simulant els nivells de proteïnes/lípids de diferents espècies, la tecnologia LC - MS/MS s'utilitza per establir calibració de corba estàndard i reduir les diferències entre el lot. També és possible ajustar la fase mòbil (com la cromatografia hilica) o estendre el temps de retenció per separar les substàncies objectiu dels components interferents de la matriu.

4.3 L’impacte dels canvis en els components de la matriu natural en l’anàlisi en condicions de malaltia

El líquid cerebrospinal de la malaltia pot contenir proteïnes anormals (com la disminució de la tau augmentada), els productes de fuga de barrera de la sang - (com l’hemoglobina) o els factors inflamatoris (IL - 6), que interfereixen directament amb l’eficiència d’ionització o el comportament cromatogràfic de LC - MS/MS.

5 espècies transversals fluids cerorraquiminals

5.1 fluid cefaloraquidi humà(CSF humà)

Fluid cefaloraquidi humàés la matriu estàndard d'or del fluid cerorraquidi, però les limitacions ètiques condueixen a l'escassetat de mostres naturals; Proteïna baixa (15 - 45 mg/dL), baix contingut de cèl·lules, que requereix una alta sensibilitat LC - MS/MS Detecció de marcadors neuronals (com Aβ, Tau).

5.2 Cynomolgus Monkey Fluid cerorraquidrospinal (Monkey CSF/ NHP CSF)

Fluid cerorraqui de cynomolgusEl model de primat no humà no és més proper als humans, amb petites diferències individuals, és adequat per a PK/PD i avaluació de seguretat deDrogues convencionals del SNC, i és el model normalitzat preferit per a estudis preclínics de la majoria de fàrmacs SNC.

5.3 Rhesus mico fluid cerorraquidònic (Monkey CSF/ NHP CSF)

Rhesus mico fluid cerorraquidies compara amb el mico de Cynomolgus, té característiques de resposta neuroimmune més fortes i és més adequada per a malalties relacionades amb neuroinflamatòries o fàrmacs reguladors immunitaris.

5.4 Beagle Dog Fluid cerebrospinal (Beagle Dog CSF)

Beagle Fluid cerebrospinalés un model d’alta tolerància a les proteïnes, adequat per avaluar la permeabilitat a la barrera del cervell i estudiar el metabolisme dels medicaments macromoleculars.

5,5 fluids cerebrospinals de rata SD (Rat CSF)

Fluid cefalorraquidi de rata SDpertany a un líquid cefalorraquidi de petit volum, amb un cribratge adaptatiu de gran rendiment, baix cost i modificació gènica fàcil, que s’utilitza àmpliament en l’estudi de mecanismes de malaltia neurodegenerativa.

5,6 Fluid cerorraquidònic del ratolí (CSF del ratolí)

Fluid cerorraquidi del ratolíés un model experimental important en la investigació de la neurociència, especialment utilitzat en models de malalties modificades per gens (com la malaltia d’Alzheimer, la malaltia de Parkinson) i el cribratge de fàrmacs del sistema nerviós central (CNS).

5,7 Minipig Lluid cerebrospinal (Minipig CSF)

Minipig Fluid cerorraquidi ”L’estructura anatòmica permet un mostreig repetit, fent -lo adequat per a estudis farmacològics a llarg termini. Tanmateix, la composició dels fosfolípids difereix significativament de la dels humans, i cal verificar la selectivitat del mètode.

5,8 Fluid cerebrospinal de conill (CSF de conill)

CSF de conill és un dels models experimentals d’ús comú en la investigació en neurociència i el desenvolupament de fàrmacs, especialment en els fàrmacs oftalmics, les malalties del sistema nerviós central (SNC) i els estudis de permeabilitat a la barrera del cervell (BBB), on té avantatges únics.

Conclusió

L’anàlisi del líquid cefalorraquidi (CSF) té un paper fonamental en el desenvolupament del fàrmac del sistema nerviós central (SNC), proporcionant visions crítiques sobre la penetració de fàrmacs a través de la barrera hematoencefàlica (BBB) ​​i el comportament farmacocinètic en el sistema nerviós central. Tanmateix, l’ús de CSF natural s’enfronta a reptes importants, incloent restriccions ètiques en la recollida de mostres, les espècies i la variabilitat individual en la composició de la matriu i els perfils bioquímics alterats en estats de malaltia. Aquestes limitacions posen de manifest la necessitat de les matrius ACSF, que permeten assajos bioanalítics normalitzats i reproduïbles alhora que mitiguen els obstacles ètics i tècnics.

LC - MS/MS ha aparegut com una eina analítica clau per als estudis de CSF, oferint una alta sensibilitat i especificitat per quantificar fàrmacs i biomarcadors a baixes concentracions. No obstant això, els efectes de la matriu, generats per diferències en el contingut de proteïnes, lípids i electròlits entre espècies, requereixen una optimització acurada de la preparació de mostres i de les condicions cromatogràfiques. Les matrius de CSF artificials, adaptades a imitació tant de condicions saludables com patològiques (per exemple, tau elevades o Aβ42 en la malaltia d’Alzheimer), milloren la fiabilitat del mètode i faciliten les comparacions entre espècies.

Entre els models animals, Cynomolgus Monkey CSF s’assembla molt a la CSF humana i es prefereix per als estudis generals de PK/PD, mentre que la CSF de mico de Rhesus s’adapta millor a la investigació neuroinflamatòria a causa del seu perfil de resposta immune augmentada. Els models de rosegadors (per exemple, rates SD) ofereixen costos -

En conclusió, la integració de les espècies - Les matrius CSF artificials específiques amb metodologies avançades LC - MS/MS tracta els colls d’ampolla crítics en el desenvolupament de medicaments SNC, que permeten una investigació preclínica més precisa, ètica i traduïble. Els avenços futurs s’han de centrar en la perfecció de models patològics de CSF i l’optimització dels fluxos de treball bioanalítics per predir millor els resultats clínics.

Paraules clau: Fluid cefalorraquidi, líquid cefalorraquosal artificial, CSF artificial, líquid cerebrospinal simulat, CSF simulat, mostra de CSF, LC - MS/MS, CSF humà, Cynomolgus Monkey Cerebrid Fluid (CSF), fluid cerebrospinal del moni de rhesus (CSF), Fluid cerebrospinal mono, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF, NHP CSF (CSF) mono, monkey cerebros, CSF, líquid cerebrospinal del gos beagle, csf de gos beagle, líquid cerebrospinal de rata SD, CSF de rata, CSF de ratolí, líquid cerebrospinal de minipig, líquid cerebrospinal de conill, conill CSF, mostra de CSF, anàlisi de fluids cerebrospinals

Cite: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. Estratègies de recerca i tecnologia de frontera avança en farmacocinètica intracerebral. Butlletí farmacològic xinès, 2023, 39 (9): 1607 - 1612.