Krydsarter cerebrospinalvæskeanalyse (CSF -analyse) og kunstig matrixudvikling: Løsning af nøgle tekniske flaskehalse i CNS -medikamentbioanalyse

1 iPhase -produkter

2 Fysiologiske funktioner af cerebrospinalvæske: Bioanalyse af hjernemedicin

Hjernen er opdelt i fire dele, inklusive telencephalon, diencephalon, cerebellum og hjernestamme. Hulrummet i forskellige dele af hjernen kaldes ventrikler, der er fyldt medcerebrospinalvæske (CSF). Cerebrospinalvæske er hovedsageligt involveret i fordelingen og metabolismen af ​​medikamenter i hjernen og centralnervesystemet (CNS).

Farmakodynamik studerer de dynamiske ændringer af lægemiddelabsorption, distribution, metabolisme og udskillelse i kroppen gennem kvantitativ analyse, hvilket afspejler kroppens bortskaffelsesproces for medikamenter med fokus på overvågning af blodlægemiddelkoncentration. Blodet - Brain Barrier (BBB) ​​er en dynamisk udvekslingsgrænseflade med selektiv permeabilitet, hvilket begrænser fordelingen af ​​skadelige stoffer og medikamenter i hjernen, samtidig med at de begrænser deres indtræden fra blodbanen til hjerneparenchyma. Når BBB ændrer lægemiddelpermeabilitet, afspejler detektering af blodlægemiddelkoncentration muligvis ikke nøjagtigt lægemiddelkoncentrationen i hjernen. Bare ved hjælp af koncentration af blodlægemiddel som en erstatningsindikator for lægemiddelkoncentration i centralnervesystemet kan føre til utilstrækkelig dosering, og der er risiko for at forstyrre avanceret neural aktivitet hos dyr på grund af terapeutiske bivirkninger forårsaget af ikke -- CNS -medikamenter, der kommer ind i hjernevævet. Derfor anvendes hjernehomogenisering eller cerebrospinalvæskeekstraktionsmetoder på makroniveau hovedsageligt til farmakokinetiske undersøgelser i hjernen.

3 Betydningen af ​​cerebrospinalvæskeanalyse i lægemiddeludvikling

Proteinindholdet i CSF er ekstremt lavt, og dets lægemiddelkoncentration bruges ofte som en erstatningsindikator for CNS -frie lægemidler. Imidlertid er driften af ​​CSF -cirkulation meget langsommere end blodcirkulationen, hvilket resulterer i utilstrækkelig blanding af dyre CSF -indhold. Afhængig af prøveudtagningsplacering/tid og administrationsvej, kan lægemiddelkoncentrationen i CSF variere meget.Kunstig cerebrospinalvæske (Kunstig CSF, ACSF) er en opløsning, der simulerer sammensætningen og funktionen af ​​naturlig cerebrospinalvæske og kan nøjagtigt evaluere CNS -farmakokinetiske data i in vitro ADME -eksperimenter. Derudover kan kunstig cerebrospinalvæske også bruges til at evaluere dens virkninger på hjerneødem og specifikke proteiner.

4 Udfordringerne ved cerebrospinalvæskeanalyse og nødvendigheden af ​​kunstig tom matrix

4.1 Etiske/kliniske begrænsninger til opnåelse af naturlig cerebrospinalvæske

Opnåelsen af ​​naturlig cerebrospinalvæske vender stadig mod etiske flaskehalse. Sunde individer er nødt til at opnå cerebrospinalvæske gennem lumbale punktering eller ventrikulær dræning, hvilket udgør risici ved invasive procedurer og gør det vanskeligt at rekruttere raske frivillige. Brug af kunstig cerebrospinalvæske/Simuleret cerebrospinalvæske(Kunstig CSF/Simuleret CSF)) Matrix i stedet for naturlige prøver til metodeoptimering, undgå etiske problemer, sikre standardiseret analyse, mens man bevarer matrixegenskaber (såsom lavprotein- og elektrolytsammensætning).

4.2 Matrixeffekter forårsaget af betydelige individuelle forskelle

De arter/individuelle forskelle i proteinindhold (15 - 100 mg/dL), phospholipider og endogene stoffer i naturlig cerebrospinalvæske kan forårsage ionundertrykkelses/forbedringseffekter i LC - MS/MS -analyse, der især påvirker den kvantitative nøjagtighed af lav koncentrationsmedicin. Ved at tilpasse kunstig cerebrospinalvæske/simuleret cerebrospinalvæske og simulere protein/lipidniveauer af forskellige arter, bruges LC - MS/MS -teknologi til at etablere standardkurvekalibrering og reducere interbatchforskelle. Det er også muligt at justere den mobile fase (såsom Hilic -kromatografi) eller udvide tilbageholdelsestiden til at adskille målstoffer fra matrix, der interfererer komponenter.

4.3 Virkningen af ​​ændringer i naturlige matrixkomponenter på analyse under sygdomsforhold

Sygdomscerebrospinalvæske kan indeholde unormale proteiner (såsom nedsat Apand øget tau), blod - hjernebarriere lækageprodukter (såsom hæmoglobin) eller inflammatoriske faktorer (IL - 6), som direkte forstyrrer ioniseringseffektiviteten eller kromatografisk opførsel af LC - MS/MS.

5 krydsarter cerebrospinalvæske

5.1 Human cerebrospinalvæske(Human CSF)

Human cerebrospinalvæskeer cerebrospinalvæskens guldstandardmatrix, men etiske begrænsninger fører til mangel på naturlige prøver; Lavt protein (15 - 45 mg/dL), lavt celleindhold, der kræver høj - følsomhed LC - MS/MS -detektion af neurale markører (såsom Ap, Tau).

5.2 Cynomolgus abe cerebrospinalvæske (Abe CSF/ NHP CSF)

Cynomolgus abe cerebrospinalvæskeEr den ikke - menneskelige primatmodel tættest på mennesker, med små individuelle forskelle, er velegnet til PK/PD og sikkerhedsevaluering afKonventionelle CNS -lægemidler, og er den foretrukne standardiserede model til prækliniske undersøgelser af de fleste CNS -lægemidler.

5.3 Rhesus Monkey Cerebrospinal Fluid (Monkey CSF/ NHP CSF)

Rhesus abe cerebrospinal væskesammenlignes med cynomolgus abe, den har stærkere neuroimmune responsegenskaber og er mere velegnet til neuroinflammatoriske relaterede sygdomme eller immunregulerende lægemidler.

5.4 Beagle Dog Cerebrospinal Fluid (Beagle Dog CSF)

Beagle cerebrospinalvæskeer en højprotein -tolerancemodel, der er velegnet til evaluering af blod - hjernebarrierepermeabilitet og undersøgelse af makromolekylær lægemiddelmetabolisme.

5,5 SD rotte cerebrospinalvæske (Rotte CSF)

SD Rat Cerebrospinal FluidTilhører cerebrospinalvæske med lille volumen med adaptiv høj - gennemstrømningscreening, lave omkostninger og let genmodifikation, som er vidt brugt i undersøgelsen af ​​neurodegenerative sygdomsmekanismer.

5.6 Mus cerebrospinalvæske (Mus CSF)

Mus cerebrospinalvæskeer en vigtig eksperimentel model inden for neurovidenskabsforskning, især vidt brugt i genmodificerede sygdomsmodeller (såsom Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom) og centralnervesystemet (CNS) medikament screening.

5.7 Minipig cerebrospinalvæske (Minipig CSF)

Minipig cerebrospinalvæske 'S anatomisk struktur muliggør gentagen prøveudtagning, hvilket gør den velegnet til lange - term farmakologiske undersøgelser. Imidlertid adskiller sammensætningen af ​​phospholipider signifikant fra menneskers, og selektiviteten af ​​metoden skal verificeres.

5.8 kanin cerebrospinalvæske (Kanin CSF)

Kanin CSF er en af ​​de almindeligt anvendte eksperimentelle modeller inden for neurovidenskabsforskning og lægemiddeludvikling, især i oftalmiske lægemidler, centralnervesystem (CNS) sygdomme og blod - hjernebarriere (BBB) ​​permeabilitetsundersøgelser, hvor det har unikke fordele.

Konklusion

Analysen af ​​cerebrospinalvæske (CSF) spiller en central rolle i lægemiddeludviklingen i centralnervesystemet (CNS), hvilket giver kritisk indsigt i medikamentindtrængning på tværs af blodet - hjernebarriere (BBB) ​​og farmakokinetisk opførsel i centralnervesystemet. Imidlertid står brugen af ​​naturlige CSF overfor betydelige udfordringer, herunder etiske begrænsninger i prøvesamling, inter - arter og inter - individuel variation i matrixsammensætning og ændrede biokemiske profiler i sygdomstilstande. Disse begrænsninger understreger nødvendigheden af ​​ACSF -matrixer, som muliggør standardiserede og reproducerbare bioanalytiske assays, mens de afbøber etiske og tekniske forhindringer.

LC - MS/MS er fremkommet som et nøgleanalytisk værktøj til CSF -undersøgelser, der tilbyder høj følsomhed og specificitet til kvantificering af medikamenter og biomarkører i lave koncentrationer. Ikke desto mindre kræver matrixeffekter - drevet af forskelle i protein, lipid og elektrolytindhold på tværs af arter - omhyggelig optimering af prøveforberedelse og kromatografiske tilstande. Kunstige CSF -matrixer, der er skræddersyet til at efterligne både sunde og patologiske tilstande (f.eks. Forhøjet tau eller Aβ42 i Alzheimers sygdom), forbedrer pålideligheden af ​​metoden og letter tværs af artssammenligninger.

Blandt dyremodeller ligner Cynomolgus Monkey CSF tæt menneskelig CSF og foretrækkes til generelle PK/PD -undersøgelser, hvorimod rhesus abe CSF er bedre egnet til neuroinflammatorisk forskning på grund af dens øgede immunresponsprofil. Gnavermodeller (f.eks. SD -rotter) tilbyder omkostninger - Effektive, høje - gennemstrømningsrevisionsmuligheder, mens Minipig CSF muliggør gentagen prøveudtagning i lange - termundersøgelser.

Afslutningsvis adresserer integrationen af ​​arter - specifikke kunstige CSF -matrixer med avancerede LC - MS/MS -metodologier kritiske flaskehalse i CNS -lægemiddeludvikling, hvilket muliggør mere nøjagtig, etisk og translatabel præklinisk forskning. Fremtidige fremskridt bør fokusere på at raffinere patologiske CSF -modeller og optimere bioanalytiske arbejdsgange for bedre at forudsige kliniske resultater.

Nøgleord: Cerebrospinalvæske, kunstig cerebrospinalvæske, kunstig CSF, simuleret cerebrospinalvæske, simuleret CSF, CSF -prøve, LC - MS/MS, Human CSF, Cynomolgus Monkey Cerebrospinal Fluid (CSF), Rhesus Monkey Cerebrospinal Fluid (CSF), Monkey Cerebrospinal Fluid, Nhp CS Cerebrospinalvæske, beaglehund CSF, SD rotte cerebrospinalvæske, rotte CSF, mus CSF, minipig cerebrospinalvæske, minipig CSF, kanin cerebrospinalvæske, kanin CSF, CSF -prøve, cerebrospinalvæskeanalyse

Cit: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. Forskningsstrategier og Frontier -teknologi fremskridt inden for intracerebral farmakokinetik. Kinesisk farmakologisk bulletin, 2023, 39 (9): 1607 - 1612.