Cross Spezies Cerebrospinalflüssigkeitsanalyse (CSF -Analyse) und künstliche Matrixentwicklung: Lösen wichtiger technischer Engpässe in ZNS -Arzneimittelbioanalyse

1 iPhase -Produkte

2 Physiologische Funktionen der Cerebrospinalflüssigkeit: Bioanalyse von Gehirnmedikamenten

Das Gehirn ist in vier Teile unterteilt, einschließlich Telencephalon, Diencephalon, Kleinhirn und Hirnstamm. Die Hohlräume in verschiedenen Teilen des Gehirns werden als Ventrikel bezeichnet, die mit gefüllt sindCerebrospinalflüssigkeit (CSF). Cerebrospinalflüssigkeit ist hauptsächlich an der Verteilung und dem Metabolismus von Arzneimitteln im Gehirn und im Zentralnervensystem (ZNS) beteiligt.

Pharmakodynamik untersucht die dynamischen Veränderungen der Arzneimittelabsorption, -verteilung, des Stoffwechsels und der Ausscheidung im Körper durch quantitative Analyse, die den Arzneimittelprozess des Körpers widerspiegeln, wobei der Schwerpunkt auf der Überwachung der Blutmedikamentenkonzentration liegt. Die Blood - Hirnbarriere (BBB) ​​ist eine dynamische Austauschgrenzfläche mit selektiver Permeabilität, die die Verteilung schädlicher Substanzen und Arzneimittel im Gehirn begrenzt und gleichzeitig ihren Eintritt aus dem Blutkreislauf in das Gehirnparenchym einschränkt. Wenn BBB die Arzneimittelpermeabilität verändert, spiegelt die Nachweis der Blutdrogenkonzentration möglicherweise nicht genau die Arzneimittelkonzentration im Gehirn wider. Die einfache Verwendung von Blutdrogenkonzentration als Ersatzindikator für die Arzneimittelkonzentration im Zentralnervensystem kann zu einer unzureichenden Dosierung führen, und es besteht das Risiko einer Störung der fortgeschrittenen neuronalen Aktivität bei Tieren aufgrund therapeutischer Nebenwirkungen, die durch Nicht -- -ZNS -Arzneimittel in einem Gehirngewebe verursacht werden. Daher werden auf Makroebene Hirngewebe -Homogenisierung oder Cerebrospinalfluid -Extraktionsmethoden hauptsächlich für pharmakokinetische Studien im Gehirn verwendet.

3 Die Signifikanz der Analyse der Cerebrospinalflüssigkeit bei der Arzneimittelentwicklung

Der Proteingehalt von CSF ist extrem niedrig und seine Arzneimittelkonzentration wird häufig als Ersatzindikator für ZNS -freie Medikamente verwendet. Der Betrieb der CSF -Kreislauf ist jedoch viel langsamer als der der Blutkreislauf, was zu einer unzureichenden Mischung des tierischen CSF -Gehalts führt. Abhängig vom Probenahmestandort/der Zeit- und Verabreichungsroute kann die Arzneimittelkonzentration in CSF stark variieren.Künstliche cerebrospinale Flüssigkeit (Künstliche CSF, ACSF) ist eine Lösung, die die Zusammensetzung und Funktion von natürlichen cerebrospinalen Flüssigkeiten simuliert und die pharmakokinetischen Daten von CNS in In -vitro -Adme -Experimenten genau bewerten kann. Darüber hinaus kann künstliche Cerebrospinalflüssigkeit auch verwendet werden, um ihre Auswirkungen auf Hirnödem und spezifische Proteine ​​zu bewerten.

4 Die Herausforderungen der Cerebrospinalflüssigkeitsanalyse und die Notwendigkeit einer künstlichen Leermatrix

4.1 ethische/klinische Einschränkungen für die Erlangung natürlicher Cerebrospinalflüssigkeit

Die Erlangung der natürlichen Cerebrospinalflüssigkeit steht immer noch mit ethischen Engpässen. Gesunde Personen müssen durch Lumbalpunktion oder ventrikuläre Entwässerung eine cerebrospinale Flüssigkeit erhalten, die das Risiko von invasiven Eingriffen darstellt und es schwierig macht, gesunde Freiwillige zu rekrutieren. Verwendung künstlicher Cerebrospinalflüssigkeit/Simulierte Cerebrospinalflüssigkeit(künstliches CSF/simuliertes CSF)) Matrix anstelle von natürlichen Proben für die Methodenoptimierung, vermeiden ethische Probleme, um eine standardisierte Analyse zu gewährleisten, während die Matrixeigenschaften beibehalten (z. B. niedrige Protein- und Elektrolytzusammensetzung).

4.2 Matrixeffekte, die durch signifikante individuelle Unterschiede verursacht werden

Die Spezies/individuellen Unterschiede im Proteingehalt (15 - 100 mg/dl), Phospholipide und endogene Substanzen in natürlicher Cerebrospinalflüssigkeit können in der LC - MS/MS -Analyse Ionenunterdrückung/Verbesserung verursachen, insbesondere die quantitative Genauigkeit von Arzneimitteln mit niedrigem Konzentration. Durch die Anpassung künstlicher cerebrospinaler Flüssigkeit/simuliertes cerebrospinales Flüssigkeit und Simulation von Protein/Lipidspiegeln verschiedener Spezies wird die LC - MS/MS -Technologie verwendet, um die Standardkurvenkalibrierung zu etablieren und Inter -Batch -Unterschiede zu reduzieren. Es ist auch möglich, die mobile Phase (z. B. die Hilic -Chromatographie) anzupassen oder die Retentionszeit zu verlängern, um Zielsubstanzen von Matrix -Interferenzkomponenten zu trennen.

4.3 Der Einfluss von Veränderungen der natürlichen Matrixkomponenten auf die Analyse unter Krankheitsbedingungen

Krankheits -Cerebrospinalflüssigkeit kann abnormale Proteine ​​(wie verminderte Aβ und erhöhte Tau), Blut -Leckage -Produkte (Hirnbarriere) (wie Hämoglobin) oder entzündliche Faktoren (IL - 6) enthalten, die direkt die Ionisierungseffizienz oder das chromatographische Verhalten von LC - MS/MS beeinträchtigen.

5 Kreuzspezies Cerebrospinalflüssigkeit

5.1 menschliche Cerebrospinalflüssigkeit(Menschliches CSF)

Menschliche Cerebrospinalflüssigkeitist die Goldstandardmatrix von Cerebrospinalfluid, aber ethische Einschränkungen führen zu Mangel an natürlichen Proben; Niedriges Protein (15 - 45 mg/dl), niedriger Zellgehalt, der eine hohe - Empfindlichkeit LC - MS/MS -Nachweis von Neuralmarkern (wie Aβ, Tau) erfordert.

5.2 Cynomolgus Monkey Cerebrospinalflüssigkeit (Affen CSF/ NHP CSF)

Cynomolgus Affe Cerebrospinalflüssigkeitist das nicht - menschliche Primatenmodell, das dem Menschen am nächsten ist, mit kleinen individuellen Unterschieden für PK/PD und die Sicherheitsbewertung vonKonventionelle ZNS -Medikamenteund ist das bevorzugte standardisierte Modell für präklinische Studien der meisten ZNS -Medikamente.

5.3 Rhesus Monkey Cerebrospinalflüssigkeit (Affen CSF/ NHP CSF)

Rhesus Monkey CerebrospinalflüssigkeitIm Vergleich zu Cynomolgus Monkey weist es stärkere Neuroimmunantworteigenschaften auf und eignet sich besser für neuroinflammatorische Krankheiten oder immunregulatorische Arzneimittel.

5.4 Beagle Dog Cerebrospinalflüssigkeit (Flüssigkeit (Beagle Dog CSF)

Beagle Cerebrospinalflüssigkeitist ein hohes Protein -Toleranzmodell, das zur Bewertung der Blut -Hirn -Barriererpermeabilität und zur Untersuchung des makromolekularen Arzneimittelstoffwechsels geeignet ist.

5,5 SD -Ratten -Cerebrospinalflüssigkeit (Flüssigkeit ()Ratten -CSF)

SD -Ratte Cerebrospinalflüssigkeitgehört zu kleinem Volumen cerebrospinales Flüssigkeit mit adaptivem hohem Durchsatz -Screening, niedrigen Kosten und einfacher Genmodifikation, die in der Untersuchung neurodegenerativer Erkrankungen häufig verwendet wird.

5.6 Cerebrospinalflüssigkeit Maus (Maus CSF)

Maus Cerebrospinalflüssigkeitist ein wichtiges experimentelles Modell in der neurowissenschaftlichen Forschung, insbesondere in Gen -modifizierten Krankheitsmodellen (wie Alzheimer -Krankheit, Parkinson -Krankheit) und dem CNS -Screening des CNS -Screenings von Parkinson).

5.7 Minipig Cerebrospinalflüssigkeit (Minipig CSF)

Minipig Cerebrospinalflüssigkeit ’Die anatomische Struktur ermöglicht eine wiederholte Probenahme, was sie für lange - pharmakologische Studien geeignet macht. Die Zusammensetzung von Phospholipiden unterscheidet sich jedoch erheblich von der des Menschen, und die Selektivität der Methode muss verifiziert werden.

5.8 Kaninchen -Cerebrospinalflüssigkeit (FlüssigkeitKaninchen -CSF)

Kaninchen -CSF ist eines der häufig verwendeten experimentellen Modelle in der neurowissenschaftlichen Forschung und der Entwicklung von Arzneimitteln, insbesondere bei Ophthalmika, Zentralnervensystemen (ZNS) und Blutstudien (Blut -Hirnbarriere), bei denen es einzigartige Vorteile hat.

Abschluss

Die Analyse der Cerebrospinalflüssigkeit (CSF) spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung des Zentralnervensystems (CNS) und liefert kritische Einblicke in die Arzneimittelpenetration über die Blut -- -Gehirnbarriere (BBB) ​​und das pharmakokinetische Verhalten im Zentralnervensystem. Die Verwendung natürlicher CSF steht jedoch vor erheblichen Herausforderungen, einschließlich ethischer Einschränkungen bei der Stichprobensammlung, der Inter - -Arten und der internen Variabilität der Matrixzusammensetzung sowie veränderten biochemischen Profilen in Krankheitszuständen. Diese Einschränkungen unterstreichen die Notwendigkeit von ACSF -Matrizen, die standardisierte und reproduzierbare bioanalytische Tests ermöglichen und gleichzeitig ethische und technische Hürden mildern.

LC - MS/MS hat sich als Schlüsselanalysewerkzeug für CSF -Studien entwickelt und bietet eine hohe Empfindlichkeit und Spezifität zur Quantifizierung von Arzneimitteln und Biomarkern bei niedrigen Konzentrationen. Dennoch erfordern die Matrixeffekte, die durch Unterschiede im Protein-, Lipid- und Elektrolytgehalt über Spezies hinweg entstanden sind, eine sorgfältige Optimierung der Probenvorbereitung und der chromatographischen Erkrankungen. Künstliche CSF -Matrizen, die auf gesunde und pathologische Erkrankungen zugeschnitten sind (z. B. erhöhte Tau oder Aβ42 bei Alzheimer -Krankheit), verbessern die Zuverlässigkeit der Methode und erleichtern die Vergleiche von Kreuz - Spezies.

Unter den Tiermodellen ähnelt Cynomolgus -Affen -CSF der menschlichen CSF stark und wird für allgemeine PK/PD -Studien bevorzugt, während Rhesus -Affen -CSF aufgrund seines erhöhten Immunantwortprofils besser für die neuroinflammatorische Forschung geeignet ist. Nagetiermodelle (z. B. SD -Ratten) bieten Kosten - Effektiv, hohe - Durchsatz -Screening -Optionen, während Minipig CSF in langen Studien wiederholte Probenahme ermöglicht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Integration von Spezies - spezifische künstliche CSF -Matrizen in fortgeschrittene LC - MS/MS -Methoden kritische Engpässe in der CNS -Arzneimittelentwicklung behandelt und genauere, ethische und translatable präklinische Forschung ermöglichen. Zukünftige Fortschritte sollten sich darauf konzentrieren, pathologische CSF -Modelle zu verfeinern und bioanalytische Workflows zu optimieren, um die klinischen Ergebnisse besser vorherzusagen.

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Zitieren: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. Forschungsstrategien und Fortschritte der Grenztechnologie in der intrazerebralen Pharmakokinetik. Chinese Pharmacological Bulletin, 2023, 39 (9): 1607 - 1612.