교차 종 뇌척수액 분석 (CSF 분석) 및 인공 매트릭스 개발 : CNS 약물 생물 분석의 주요 기술 병목 현상 해결

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2 뇌척수액의 생리 학적 기능 : 뇌 약물의 생체 분석

뇌는 Telencephalon, Diencephalon, 소뇌 및 뇌간을 포함한 네 부분으로 나뉩니다. 뇌의 여러 부분에있는 구멍은 심실이라고하며뇌척수액 (CSF). 뇌척수액은 주로 뇌와 중추 신경계 (CNS)의 약물의 분포 및 대사에 관여합니다.

약 역학은 양적 분석을 통해 신체의 약물 흡수, 분포, 신진 대사 및 배설의 동적 변화를 연구하며, 약물의 약물 농도를 모니터링하는 데 중점을 둔 신체의 약물 처분 과정을 반영합니다. 혈액 - 뇌 장벽 (BBB)은 선택적 투과성을 갖는 동적 교환 계면으로, 뇌의 유해 물질과 약물의 분포를 제한하면서 혈류에서 뇌 실질으로의 진입을 제한합니다. BBB가 약물 투과성을 변화시킬 때, 혈액 약물 농도를 검출하면 뇌의 약물 농도를 정확하게 반영하지 않을 수 있습니다. 중추 신경계에서 약물 농도의 대체 지표로 혈액 약물 농도를 사용하면 투여가 충분하지 않을 수 있으며, 비 CNS 약물이 뇌 조직으로 유입되는 비 CNS 약물로 인한 치료 부작용으로 인해 동물의 진행된 신경 활동을 방해 할 위험이 있습니다. 따라서, 거시적 수준에서, 뇌 조직 균질화 또는 뇌척수액 추출 방법은 주로 뇌의 약동학 적 연구에 사용된다.

3 약물 개발에서 뇌척수액 분석의 중요성

CSF의 단백질 함량은 매우 낮으며, 약물 농도는 종종 CNS 자유 약물의 대체 지표로 사용됩니다. 그러나, CSF 순환의 작동은 혈액 순환의 작동보다 훨씬 느려서 동물 CSF 함량의 혼합 불충분을 초래한다. 샘플링 위치/시간 및 투여 경로에 따라 CSF의 약물 농도는 크게 다를 수 있습니다.인공 뇌척수액 (인공 CSF, ACSF)는 천연 뇌척수액의 조성 및 기능을 시뮬레이션하고 시험 관내 ADME 실험에서 CNS 약동학 데이터를 정확하게 평가할 수있는 솔루션입니다. 또한, 인공 뇌척수액은 또한 뇌 부종 및 특정 단백질에 미치는 영향을 평가하는 데 사용될 수 있습니다.

4 뇌척수액 분석의 과제 및 인공 블랭크 매트릭스의 필요성

4.1 자연 뇌척수액을 얻기위한 윤리적/임상 적 제한

천연 뇌척수액의 획득은 여전히 ​​윤리적 병목 현상에 직면 해 있습니다. 건강한 개인은 요추 천자 또는 심실 배수를 통해 뇌척수액을 얻어야하므로 침습적 절차의 위험을 초래하고 건강한 자원 봉사자를 모집하기가 어렵습니다. 인공 뇌척수액 사용/뇌척수액 시뮬레이션(인공 CSF/시뮬레이션 된 CSF))) 방법 최적화를위한 천연 샘플 대신 매트릭스 윤리적 문제를 피하고 매트릭스 특성 (예 : 낮은 단백질 및 전해질 조성)을 보존하는 동안 표준화 된 분석을 보장합니다.

4.2 상당한 개별 차이로 인한 매트릭스 효과

천연 뇌척수액에서 단백질 함량 (15 - 100 mg/dl), 인지질 및 내인성 물질의 종/개별 차이는 LC - MS/MS 분석에서 이온 억제/향상 효과를 유발할 수 있으며, 특히 저 농도 약물의 정량적 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 인공 뇌척수액/시뮬레이션 뇌척수액을 맞춤화하고 다른 종의 단백질/지질 수준을 시뮬레이션함으로써 LC - MS/MS 기술은 표준 곡선 교정을 설정하고 배치 간 차이를 줄이는 데 사용됩니다. 모바일 상 (예 : 힐릭 크로마토 그래피)을 조정하거나 매트릭스 간섭 성분과 표적 물질을 분리하기 위해 체류 시간을 연장 할 수도 있습니다.

4.3 질병 조건 하에서 분석에 대한 자연 매트릭스 구성 요소의 변화의 영향

질병 뇌척수액은 비정상적인 단백질 (예 : 감소 된 Aβ 및 TAU 증가), 혈액 - 뇌 장벽 누출 생성물 (예 : 헤모글로빈) 또는 염증 인자 (IL - 6)를 함유 할 수 있으며, 이는 이온화 효율 또는 LC - MS/MS의 크로마토 그래피 거동을 직접적으로 간단합니다.

5 교차 종 뇌척수액

5.1 인간 뇌척수액(인간 CSF)

인간 뇌척수액뇌척수액의 황금 표준 매트릭스이지만 윤리적 한계는 천연 샘플의 부족으로 이어집니다. 낮은 단백질 (15 - 45 mg/dl), 낮은 세포 함량, 높은 감도 LC - MS/MS 검출 (예 : Aβ, TAU).

5.2 Cynomolgus 원숭이 뇌척수액 (원숭이 CSF/ NHP CSF)

Cynomolgus 원숭이 뇌척수액개인의 차이가 작은 인간에게 가장 가까운 인간 영장류 모델은 PK/PD 및 안전 평가에 적합합니다.기존의 CNS 약물, 대부분의 CNS 약물의 전임상 연구에 선호되는 표준화 된 모델입니다.

5.3 붉은 털 원숭이 뇌척수액 (원숭이 CSF/ NHP CSF)

붉은 털 원숭이 뇌척수액Cynomolgus 원숭이와 비교하여 신경 면역 반응 특성이 더 강하고 신경 염증 관련 질환 또는 면역 조절 약물에 더 적합합니다.

5.4 비글 개 뇌척수액 (비글 도그 CSF)

비글 뇌척수액혈액 장벽 투과성을 평가하고 거대 분자 약물 대사를 연구하는 데 적합한 높은 단백질 내성 모델입니다.

5.5 SD 쥐 뇌척수액 (쥐 CSF)

SD 쥐 뇌척수액적응성 높은 - 처리량 스크리닝, 저렴한 비용 및 쉬운 유전자 변형과 함께 소량 뇌척수액에 속하며, 신경 퇴행성 질환 메커니즘의 연구에 널리 사용됩니다.

5.6 마우스 뇌척수액 (마우스 CSF)

마우스 뇌척수액신경 과학 연구에서 중요한 실험 모델이며, 특히 유전자 변형 질환 모델 (예 : 알츠하이머 병, 파킨슨 병) 및 중추 신경계 (CNS) 약물 스크리닝에 널리 사용됩니다.

5.7 Minipig 뇌척수액 (미니 피그 CSF)

미니 피그 뇌척수액 '해부학 적 구조는 반복적 인 샘플링을 허용하여 장기 용어 약리학 연구에 적합합니다. 그러나, 인지질의 조성은 인간의 조성과 크게 다르며, 방법의 선택성을 검증해야한다.

5.8 토끼 뇌척수액 (토끼 CSF)

토끼 CSF 신경 과학 연구 및 약물 발달, 특히 안과 약물, 중추 신경계 (CNS) 질병 및 혈액 장벽 (BBB) ​​투과성 연구에서 일반적으로 사용되는 실험 모델 중 하나입니다.

결론

뇌척수액 (CSF)의 분석은 중추 신경계 (CNS) 약물 개발에서 중추적 인 역할을하며, 중추 신경계에서 혈액 뇌 장벽 (BBB) ​​및 약동학 적 행동에 대한 약물 침투에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 그러나 자연 CSF의 사용은 샘플 수집, 종 간 및 매트릭스 조성의 개별 변동성 및 질병 상태에서의 변경된 생화학 적 프로파일을 포함하여 상당한 문제에 직면 해 있습니다. 이러한 한계는 ACSF 매트릭스의 필요성을 강조하며, 이는 윤리적 및 기술적 장애물을 완화하면서 표준화되고 재현 가능한 생체 분석 분석을 가능하게합니다.

LC - MS/MS는 CSF 연구를위한 주요 분석 도구로 등장하여 약물 및 바이오 마커를 저농도로 정량화하기위한 높은 감도 및 특이성을 제공합니다. 그럼에도 불구하고, 종의 단백질, 지질 및 전해질 함량의 차이에 따른 매트릭스 효과는 샘플 제조 및 크로마토 그래피 조건의 신중한 최적화를 요구합니다. 건강 및 병리학 적 조건 (예 : 알츠하이머 병의 TAU 또는 Aβ42 증가)을 모방하기 위해 조정 된 인공 CSF 매트릭스는 방법 신뢰성을 향상시키고 교차 비교를 용이하게합니다.

동물 모델 중에서, Cynomolgus Monkey CSF는 인간 CSF와 매우 유사하며 일반적인 PK/PD 연구에 선호되는 반면, Rhesus Monkey CSF는 면역 반응 프로파일이 높아져 신경 염증 연구에 더 적합합니다. 설치류 모델 (예 : SD Rats)은 비용 - 효과적이고 높은 처리 검사 옵션을 제공하는 반면, Minipig CSF는 장기 연구에서 반복 샘플링을 허용합니다.

결론적으로, 고급 LC - MS/MS 방법론과의 특정 인공 CSF 행렬의 통합은 CNS 약물 개발에서 중요한 병목 현상을 해결하여보다 정확하고 윤리적이며 번역 가능한 전임상 연구를 가능하게합니다. 미래의 발전은 병리학 적 CSF 모델을 정제하고 생체 분석 워크 플로우를 최적화하여 임상 결과를 더 잘 예측하는 데 중점을 두어야합니다.

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인용 : Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. 연구 전략과 프론티어 기술은 뇌내 약동학의 발전. 중국 약리학 적 게시판, 2023, 39 (9) : 1607 - 1612.