Análisis de líquido cefalorraquídeo de especies cruzadas (análisis de LCR) y desarrollo de la matriz artificial: resolución de cuellos de botella técnicos clave en el bioanálisis de fármacos del SNC

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2 Funciones fisiológicas del líquido cefalorraquídeo: bioanálisis de fármacos cerebrales

El cerebro se divide en cuatro partes, incluidos el telencephalon, el diencefalón, el cerebelo y el tronco encefálico. Las caries en varias partes del cerebro se llaman ventrículos, que se llenan conlíquido cefalorraquídeo (CSF). El líquido cefalorraquídeo está involucrado principalmente en la distribución y el metabolismo de los medicamentos en el cerebro y el sistema nervioso central (SNC).

La farmacodinámica estudia los cambios dinámicos de la absorción de fármacos, la distribución, el metabolismo y la excreción en el cuerpo a través del análisis cuantitativo, lo que refleja el proceso de eliminación de drogas del cuerpo, con un enfoque en el monitoreo de la concentración de fármacos sanguíneos. La barrera de sangre (BBB) ​​es una interfaz de intercambio dinámico con permeabilidad selectiva, lo que limita la distribución de sustancias y fármacos dañinos en el cerebro al tiempo que restringe su entrada desde el torrente sanguíneo hacia el parénquima cerebral. Cuando BBB cambia la permeabilidad del fármaco, la detección de la concentración de fármacos sanguíneos puede no reflejar con precisión la concentración del fármaco en el cerebro. Simplemente usar la concentración de fármacos sanguíneos como un indicador sustituto de la concentración de fármacos en el sistema nervioso central puede conducir a una dosis insuficiente, y existe el riesgo de interrumpir la actividad neuronal avanzada en los animales debido a los efectos secundarios terapéuticos causados ​​por los medicamentos que no ingresan al SNC que ingresan al tejido cerebral. Por lo tanto, a nivel macro, la homogeneización del tejido cerebral o los métodos de extracción de líquido cefalorraquídeo se utilizan principalmente para estudios farmacocinéticos en el cerebro.

3 La importancia del análisis de líquido cefalorraquídeo en el desarrollo de fármacos

El contenido de proteína de CSF es extremadamente bajo, y su concentración de fármacos a menudo se usa como un indicador sustituto de los fármacos libres del SNC. Sin embargo, el funcionamiento de la circulación del LCR es mucho más lento que el de la circulación sanguínea, lo que resulta en una mezcla insuficiente de contenidos de CSF animales. Dependiendo de la ubicación de muestreo/ruta de tiempo y administración, la concentración del fármaco en el CSF puede variar mucho.Líquido cefalorraquídeo artificial (CSF artificial, ACSF) es una solución que simula la composición y la función del fluido cefalorraquídeo natural, y puede evaluar con precisión los datos farmacocinéticos del SNC en experimentos de ADME in vitro. Además, el líquido cefalorraquídeo artificial también se puede utilizar para evaluar sus efectos sobre el edema cerebral y las proteínas específicas.

4 Los desafíos del análisis de líquido cefalorraquídeo y la necesidad de la matriz en blanco artificial

4.1 Limitaciones éticas/clínicas para obtener líquido cefalorraquídeo natural

La obtención del líquido cefalorraquídeo natural todavía enfrenta cuellos de botella éticos. Las personas sanas necesitan obtener líquido cefalorraquídeo a través de punción lumbar o drenaje ventricular, lo que plantea riesgos de procedimientos invasivos y dificulta la reclutar voluntarios sanos. Uso de líquido cefalorraquídeo artificial/líquido cefalorraquídeo simulado(CSF artificial/CSF simulado)) Matriz en lugar de muestras naturales para la optimización del método, evitando problemas éticos, garantizando el análisis estandarizado al tiempo que preservan las características de la matriz (como la composición de bajo proteínas y electrolitos).

4.2 Efectos matriciales causados ​​por diferencias individuales significativas

Las diferencias de especies/individuales en el contenido de proteínas (15 - 100 mg/dL), fosfolípidos y sustancias endógenas en el fluido cefalorraquídeo natural pueden causar efectos de supresión/mejora de iones en el análisis LC - MS/MS, especialmente afectando la precisión cuantitativa de los fármacos de baja concentración. Al personalizar el fluido cefalorraquídeo artificial/fluido cefalorraquídeo simulado y simulando los niveles de proteínas/lípidos de diferentes especies, la tecnología LC - MS/MS se utiliza para establecer la calibración de curvas estándar y reducir las diferencias entre lotes. También es posible ajustar la fase móvil (como la cromatografía hílica) o extender el tiempo de retención para separar las sustancias objetivo de los componentes interferentes de matriz.

4.3 El impacto de los cambios en los componentes de la matriz natural en el análisis en enfermedades

El líquido cefalorraquídeo de la enfermedad puede contener proteínas anormales (como la disminución de Aβ y el aumento de tau), los productos de fuga de barrera cerebral de la sangre (como la hemoglobina) o los factores inflamatorios (IL - 6), que interfieren directamente con la eficiencia de ionización o el comportamiento cromatográfico de LC - MS/MS.

5 especies cruzadas fluido cefalorraquídeo

5.1 líquido cefalorraquídeo humano(CSF humano)

Líquido cefalorraquídeo humanoes la matriz estándar de oro del fluido cefalorraquídeo, pero las limitaciones éticas conducen a la escasez de muestras naturales; Baja proteína (15 - 45 mg/dL), bajo contenido de células, que requiere alta sensibilidad LC - MS/MS de detección de marcadores neuronales (como Aβ, tau).

5.2 Fluid cefalorraquídeo de mono Cynomolgus (CSF/ CSF de Monkey)

Cynomolgus mono fluido cefalorraquídeoes el modelo de primates humanos más cercano a los humanos, con pequeñas diferencias individuales, es adecuado para PK/PD y evaluación de seguridad dedrogas convencionales del SNC, y es el modelo estandarizado preferido para estudios preclínicos de la mayoría de los medicamentos del SNC.

5.3 fluido cefalorraquídeo de mono rhesus (CSF de mono CSF/ NHP)

Fluido cefalorraquídeo de mono rhesusse compara con el mono Cynomolgus, tiene características de respuesta neuroinmune más fuertes y es más adecuado para enfermedades relacionadas con neuroinflamatorios o fármacos reguladores inmunes.

5.4 Beagle Dog Fluid cefalorraquídeo (Beagle Dog CSF)

Fluido cefalorraquídeo de Beaglees un modelo de tolerancia de alta proteína, que es adecuado para evaluar la sangre de la sangre - Brain Barrier Permeabilidad y estudiar el metabolismo de los fármacos macromoleculares.

5.5 fluido cefalorraquídeo de rata SD (CSF de rata)

Líquido cefalorraquídeo de rata SDpertenece al fluido cefalorraquídeo de pequeño volumen, con una detección adaptativa de alto rendimiento, bajo costo y modificación de genes fáciles, que se usa ampliamente en el estudio de los mecanismos de enfermedad neurodegenerativa.

5.6 fluido cefalorraquídeo de ratón (CSF del ratón)

Líquido cefalorraquídeo de ratónes un modelo experimental importante en la investigación de neurociencia, especialmente ampliamente utilizado en los modelos de enfermedad modificados por genes (como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson) y el examen de fármacos del sistema nervioso central (SNC).

5.7 Minipig Fluid cefalorraquídeo (Minipig CSF)

Minipig Fluid cefalorraquídeo "La estructura anatómica permite un muestreo repetido, lo que lo hace adecuado para estudios farmacológicos a largo plazo. Sin embargo, la composición de los fosfolípidos difiere significativamente de la de los humanos, y la selectividad del método debe verificarse.

5.8 fluido cefalorraquídeo de conejo (CSF de conejo)

CSF de conejo es uno de los modelos experimentales comúnmente utilizados en la investigación de la neurociencia y el desarrollo de fármacos, especialmente en los medicamentos oftálmicos, las enfermedades del sistema nervioso central (SNC) y los estudios de permeabilidad de la Barrera Brainal (BBB), donde tiene ventajas únicas.

Conclusión

El análisis del líquido cefalorraquídeo (LCR) juega un papel fundamental en el desarrollo del fármaco del sistema nervioso central (SNC), proporcionando información crítica sobre la penetración de drogas en la sangre - Barrera cerebral (BBB) ​​y el comportamiento farmacocinético en el sistema nervioso central. Sin embargo, el uso de CSF natural enfrenta desafíos significativos, incluidas las restricciones éticas en la recolección de muestras, las especies inter - e inter - variabilidad individual en la composición de la matriz y los perfiles bioquímicos alterados en los estados de enfermedades. Estas limitaciones subrayan la necesidad de las matrices ACSF, que permiten ensayos bioanalíticos estandarizados y reproducibles mientras mitigan obstáculos éticos y técnicos.

LC - MS/MS ha surgido como una herramienta analítica clave para los estudios de LCR, ofreciendo una alta sensibilidad y especificidad para cuantificar fármacos y biomarcadores a bajas concentraciones. Sin embargo, los efectos de la matriz, impulsados ​​por las diferencias en el contenido de proteínas, lípidos y electrolíticos entre especies, requeran una optimización cuidadosa de la preparación de la muestra y las condiciones cromatográficas. Las matrices de LCR artificiales, adaptadas para imitar condiciones sanas y patológicas (por ejemplo, tau elevada o Aβ42 en la enfermedad de Alzheimer), mejorar la confiabilidad del método y facilitar las comparaciones de especies cruzadas.

Entre los modelos animales, el CSF de mono Cynomolgus se parece mucho al LCR humano y se prefiere para los estudios generales de PK/PD, mientras que el LCR de mono rhesus es más adecuado para la investigación neuroinflamatoria debido a su perfil de respuesta inmune aumentada. Los modelos de roedores (por ejemplo, ratas SD) ofrecen costo de costo - Efectivas, opciones de detección de alto rendimiento, mientras que Minipig CSF permite un muestreo repetido en estudios a largo plazo.

En conclusión, la integración de especies - Matrices de LCR artificiales específicas con metodologías avanzadas de LC - MS/MS aborda cuellos de botella críticos en el desarrollo de fármacos del SNC, lo que permite una investigación preclínica más precisa, ética y traducible. Los avances futuros deben centrarse en refinar modelos patológicos de LCR y optimizar los flujos de trabajo bioanalíticos para predecir mejor los resultados clínicos.

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Cite: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. Las estrategias de investigación y la tecnología fronteriza avanzan en farmacocinética intracerebral. Boletín farmacológico chino, 2023, 39 (9): 1607 - 1612.