Cross -soorten cerebrospinale vloeistofanalyse (CSF -analyse) en kunstmatige matrixontwikkeling: het oplossen van belangrijke technische knelpunten in de bioanalyse

1 iPhase -producten

2 Fysiologische functies van cerebrospinale vloeistof: bioanalyse van hersengeneesmiddelen

De hersenen zijn verdeeld in vier delen, waaronder de telencephalon, dicephalon, cerebellum en hersenstam. De holtes in verschillende delen van de hersenen worden ventrikels genoemd, die zijn gevuld metcerebrospinale vloeistof (CSF). Cerebrospinale vloeistof is voornamelijk betrokken bij de verdeling en het metabolisme van medicijnen in de hersenen en het centrale zenuwstelsel (CNS).

Farmacodynamica bestudeert de dynamische veranderingen van de absorptie van geneesmiddelen, verdeling, metabolisme en uitscheiding in het lichaam door kwantitatieve analyse, als gevolg van het verwijderingsproces van geneesmiddelen van het lichaam, met een focus op het monitoren van de concentratie van de bloedgeneesmiddel. De Blood - Brain Barrier (BBB) ​​is een dynamische uitwisselingsinterface met selectieve permeabiliteit, die de verdeling van schadelijke stoffen en geneesmiddelen in de hersenen beperkt, terwijl ze ook hun binnenkomst van de bloedbaan tot het hersenparenchym beperken. Wanneer BBB de permeabiliteit van het geneesmiddel verandert, weerspiegelt het detecteren van de concentratie van bloedgeneesmiddelen mogelijk niet nauwkeurig de geneesmiddelconcentratie in de hersenen. Eenvoudig het gebruik van de concentratie van de bloedgeneesmiddel als een vervangende indicator voor de concentratie van geneesmiddelen in het centrale zenuwstelsel kan leiden tot onvoldoende dosering, en er is een risico om geavanceerde neurale activiteit bij dieren te verstoren vanwege therapeutische bijwerkingen veroorzaakt door niet -- CNS -medicijnen die hersenweefsel binnenkomen. Daarom worden op macro -niveau hersenweefselhomogenisatie of cerebrospinale vloeistofextractiemethoden voornamelijk gebruikt voor farmacokinetische studies in de hersenen.

3 De betekenis van cerebrospinale vloeistofanalyse bij de ontwikkeling van geneesmiddelen

Het eiwitgehalte van CSF is extreem laag en de geneesmiddelconcentratie ervan wordt vaak gebruikt als een vervangende indicator voor CNS -vrije medicijnen. De werking van CSF -circulatie is echter veel langzamer dan die van de bloedcirculatie, wat resulteert in onvoldoende mengen van CSF -inhoud van dieren. Afhankelijk van de bemonsteringslocatie/tijd- en toedieningsroute, kan de geneesmiddelconcentratie in CSF sterk variëren.Kunstmatige cerebrospinale vloeistof (Kunstmatige CSF, ACSF) is een oplossing die de samenstelling en functie van natuurlijke cerebrospinale vloeistof simuleert en CNS -farmacokinetische gegevens nauwkeurig kan evalueren in in vitro ADME -experimenten. Bovendien kan kunstmatige cerebrospinale vloeistof ook worden gebruikt om de effecten ervan op hersenoedeem en specifieke eiwitten te evalueren.

4 De uitdagingen van cerebrospinale vloeistofanalyse en de noodzaak van kunstmatige lege matrix

4.1 Ethische/klinische beperkingen voor het verkrijgen van natuurlijke cerebrospinale vloeistof

Het verkrijgen van natuurlijke cerebrospinale vloeistof wordt nog steeds geconfronteerd met ethische knelpunten. Gezonde personen moeten cerebrospinale vloeistof verkrijgen door lumbale punctie of ventriculaire drainage, wat risico's van invasieve procedures vormt en het moeilijk maakt om gezonde vrijwilligers te werven. Met behulp van kunstmatige cerebrospinale vloeistof/gesimuleerde cerebrospinale vloeistof(kunstmatige CSF/gesimuleerde CSF)) Matrix in plaats van natuurlijke monsters voor methode -optimalisatie, het vermijden van ethische problemen, het zorgen voor gestandaardiseerde analyse met behoud van matrixkenmerken (zoals laag eiwit- en elektrolytensamenstelling).

4.2 Matrixeffecten veroorzaakt door significante individuele verschillen

De soort/individuele verschillen in eiwitgehalte (15 - 100 mg/dl), fosfolipiden en endogene stoffen in natuurlijke cerebrospinale vloeistof kunnen ionenonderdrukking/verbeteringseffecten in LC - MS/MS -analyse veroorzaken, met name de kwantitatieve nauwkeurigheid van lage concentratie geneesmiddelen. Door kunstmatige cerebrospinale vloeistof/gesimuleerde cerebrospinale vloeistof aan te passen en eiwitten/lipidenspiegels van verschillende soorten te simuleren, wordt LC - MS/MS -technologie gebruikt om standaardcurve -kalibratie vast te stellen en interbatchverschillen te verminderen. Het is ook mogelijk om de mobiele fase (zoals Hilic Chromatography) aan te passen of de retentietijd te verlengen om doelstoffen te scheiden van matrix interfererende componenten.

4.3 De impact van veranderingen in natuurlijke matrixcomponenten op analyse onder ziektekosten

Cerebrospinale vloeistof van de ziekte kan abnormale eiwitten bevatten (zoals verminderde Aβ en verhoogde tau), bloed - Burrière -lekkageproducten (zoals hemoglobine) of inflammatoire factoren (IL - 6), die direct interfereren met de ionisatie -efficiëntie of chromatografisch gedrag van LC - ms/ms.

5 Cross -soorten cerebrospinale vloeistof

5.1 Menselijke hersenvocht(Human CSF)

Menselijke cerebrospinale vloeistofis de gouden standaardmatrix van cerebrospinale vloeistof, maar ethische beperkingen leiden tot schaarste van natuurlijke monsters; Laag eiwit (15 - 45 mg/dl), laag celgehalte, waarvoor hoge - gevoeligheid LC - MS/MS -detectie van neurale markers vereist (zoals Ap, Tau).

5.2 Cynomolgus aap cerebrospinale vloeistof (Monkey CSF/ NHP CSF)

Cynomolgus aap cerebrospinale vloeistofIs het niet -- menselijke primaatmodel dat het dichtst bij mensen staat, met kleine individuele verschillen, is geschikt voor PK/PD en veiligheidsevaluatie vanconventionele CNS -medicijnenen is het gestandaardiseerde model voor preklinische studies van de meeste CNS -geneesmiddelen.

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

Rhesus Monkey cerebrospinale vloeistofwordt vergeleken met Cynomolgus Monkey, het heeft een sterkere neuro -immuunresponskenmerken en is meer geschikt voor neuro -inflammatoire ziekten of immuunregulerende geneesmiddelen.

5.4 BEAGLE DOG CEREBROSPINAAL VLOEIDEN (BEAGLE DOG CSF)

Beagle cerebrospinale vloeistofis een hoog eiwittolerantiemodel, dat geschikt is voor het evalueren van bloed - Burrière -permeabiliteit en het bestuderen van macromoleculair medicijnmetabolisme.

5,5 SD ratten cerebrospinale vloeistof (Rat CSF)

SD -ratten cerebrospinale vloeistofbehoort tot cerebrospinale vloeistof met een klein volume, met adaptieve hoge - doorvoerscreening, lage kosten en gemakkelijke genmodificatie, die veel wordt gebruikt in de studie van neurodegeneratieve ziektemechanismen.

5.6 muis cerebrospinale vloeistof (Muis CSF)

Muis cerebrospinale vloeistofis een belangrijk experimenteel model in onderzoek naar neurowetenschappen, vooral op grote schaal gebruikt in gen -gemodificeerde ziektemodellen (zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson) en het screening van het centrale zenuwstelsel (CNS).

5.7 Minipig cerebrospinale vloeistof (Minipig CSF)

Minipig cerebrospinale vloeistof 'S anatomische structuur maakt herhaalde bemonstering mogelijk, waardoor het geschikt is voor lange farmacologische studies. De samenstelling van fosfolipiden verschilt echter aanzienlijk van die van mensen, en de selectiviteit van de methode moet worden geverifieerd.

5.8 konijn cerebrospinale vloeistof (Konijn CSF)

Konijn CSF is een van de veelgebruikte experimentele modellen in onderzoek naar neurowetenschappen en de ontwikkeling van geneesmiddelen, vooral bij oogheelkundige geneesmiddelen, ziekten van het centrale zenuwstelsel (CNS) en bloedbarrière (BBB) ​​permeabiliteitsstudies, waar het unieke voordelen heeft.

Conclusie

De analyse van cerebrospinale vloeistof (CSF) speelt een cruciale rol in de ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel (CNS), waardoor kritische inzichten worden geboden in de penetratie van geneesmiddelen over het bloed - Brain Barrier (BBB) ​​en farmacokinetisch gedrag in het centrale zenuwstelsel. Het gebruik van natuurlijke CSF staat echter op belangrijke uitdagingen, waaronder ethische beperkingen bij het verzamelen van monsters, inter - soorten en inter - individuele variabiliteit in matrixsamenstelling en veranderde biochemische profielen in ziektetoestanden. Deze beperkingen onderstrepen de noodzaak voor ACSF -matrices, die gestandaardiseerde en reproduceerbare bioanalytische testen mogelijk maken, terwijl ethische en technische hindernissen worden verzonden.

LC - MS/MS is naar voren gekomen als een belangrijk analytisch hulpmiddel voor CSF -studies, die een hoge gevoeligheid en specificiteit bieden voor het kwantificeren van geneesmiddelen en biomarkers bij lage concentraties. Niettemin vereisen matrixeffecten - aangedreven door verschillen in eiwit-, lipiden- en elektrolytgehalte bij soorten - zorgvuldige optimalisatie van monsterbereiding en chromatografische omstandigheden. Kunstmatige CSF -matrices, afgestemd op zowel gezonde als pathologische omstandigheden (bijv. Verhoogde tau of Ap42 bij de ziekte van Alzheimer), verbetert de betrouwbaarheid van de methode en vergemakkelijkt de vergelijkingen van soorten.

Onder diermodellen lijkt Cynomolgus Monkey CSF sterk op menselijke CSF en heeft de voorkeur voor algemene PK/PD -onderzoeken, terwijl Rhesus Monkey CSF beter geschikt is voor neuro -inflammatoire onderzoek vanwege het verhoogde immuunresponsprofiel. Modellen van knaagdieren (bijv. SD -ratten) bieden kosten - Effectieve, hoge - doorvoer screeningopties, terwijl Minipig CSF herhaalde bemonstering mogelijk maakt in lange - termijnstudies.

Concluderend, de integratie van soorten - Specifieke kunstmatige CSF -matrices met geavanceerde LC - MS/MS -methodologieën behandelt kritische knelpunten in de ontwikkeling van het CZS -geneesmiddelen, waardoor nauwkeuriger, ethisch en vertaalbaar preklinisch onderzoek mogelijk is. Toekomstige vooruitgang zou moeten richten op het verfijnen van pathologische CSF -modellen en het optimaliseren van bioanalytische workflows om klinische resultaten beter te voorspellen.

Sleutelwoorden: Cerebrospinal Fluid, Artificial Cerebrospinal Fluid, Artificial CSF, Simulated Cerebrospinal Fluid, Simulated CSF, CSF Sample, LC-MS/MS, Human CSF, Cynomolgus Monkey Cerebrospinal Fluid (CSF), Rhesus Monkey Cerebrospinal Fluid (CSF), Monkey Cerebrospinal Fluid, NHP CSF, Monkey CSF, Beagle Dog Cerebrospinal Fluid, Beagle Dog CSF, SD Rat Cerebrospinal Fluid, Rat CSF, Muis CSF, Minipig cerebrospinale vloeistof, Minipig CSF, Cerebrospinale vloeistof voor konijnen, Rabbit CSF, CSF -monster, cerebrospinale vloeistofanalyse

Cite: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. Onderzoeksstrategieën en grens van Frontier Technology intracerebrale farmacokinetiek. Chinees Pharmacological Bulletin, 2023, 39 (9): 1607 - 1612.