ข้ามสายพันธุ์การวิเคราะห์ของเหลวในสมอง (การวิเคราะห์ CSF) และการพัฒนาเมทริกซ์เทียม: การแก้ปัญหาคอขวดทางเทคนิคที่สำคัญในระบบชีวภาพยาเสพติด CNS

1 ผลิตภัณฑ์ iphase

2 ฟังก์ชั่นทางสรีรวิทยาของน้ำไขสันหลัง: การวิเคราะห์ทางชีวภาพของยาสมอง

สมองแบ่งออกเป็นสี่ส่วนรวมถึง telencephalon, diencephalon, cerebellum และก้านสมอง โพรงในส่วนต่าง ๆ ของสมองเรียกว่าช่องซึ่งเต็มไปด้วยน้ำไขสันหลัง (CSF)- น้ำไขสันหลังส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการกระจายและการเผาผลาญยาเสพติดในสมองและระบบประสาทส่วนกลาง (CNS)

เภสัชจลนศาสตร์ศึกษาการเปลี่ยนแปลงแบบไดนามิกของการดูดซึมยาการกระจายการเผาผลาญและการขับถ่ายในร่างกายผ่านการวิเคราะห์เชิงปริมาณสะท้อนให้เห็นถึงกระบวนการกำจัดยาของร่างกายโดยมุ่งเน้นที่การตรวจสอบความเข้มข้นของยาในเลือด เลือด - Brain Barrier (BBB) ​​เป็นอินเทอร์เฟซการแลกเปลี่ยนแบบไดนามิกที่มีการซึมผ่านแบบเลือกซึ่ง จำกัด การกระจายของสารที่เป็นอันตรายและยาเสพติดในสมองในขณะที่ยัง จำกัด การเข้ามาจากกระแสเลือดเข้าสู่เนื้อเยื่อสมอง เมื่อ BBB เปลี่ยนการซึมผ่านของยาการตรวจสอบความเข้มข้นของยาในเลือดอาจไม่สะท้อนความเข้มข้นของยาในสมองอย่างแม่นยำ เพียงแค่ใช้ความเข้มข้นของยาในเลือดเป็นตัวบ่งชี้การทดแทนความเข้มข้นของยาในระบบประสาทส่วนกลางอาจนำไปสู่ปริมาณที่ไม่เพียงพอและมีความเสี่ยงที่จะขัดขวางการทำงานของระบบประสาทขั้นสูงในสัตว์เนื่องจากผลข้างเคียงการรักษาที่เกิดจากยาที่ไม่ใช่ CNS เข้าสู่เนื้อเยื่อสมอง ดังนั้นในระดับมหภาคการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของเนื้อเยื่อสมองหรือวิธีการสกัดของเหลวในสมองส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการศึกษาทางเภสัชจลนศาสตร์ในสมอง

3 ความสำคัญของการวิเคราะห์น้ำไขสันหลังในการพัฒนายา

ปริมาณโปรตีนของ CSF นั้นต่ำมากและความเข้มข้นของยามักจะใช้เป็นตัวบ่งชี้ทดแทนสำหรับยาที่ปราศจากระบบประสาทส่วนกลาง อย่างไรก็ตามการทำงานของการไหลเวียนของ CSF นั้นช้ากว่าการไหลเวียนของเลือดมากส่งผลให้มีการผสมเนื้อหา CSF ของสัตว์ไม่เพียงพอ ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง/เวลาการสุ่มตัวอย่างและเส้นทางการบริหารความเข้มข้นของยาใน CSF อาจแตกต่างกันอย่างมากน้ำไขสันหลัง (CSF เทียม, ACSF) เป็นวิธีแก้ปัญหาที่จำลององค์ประกอบและการทำงานของน้ำไขสันหลังธรรมชาติและสามารถประเมินข้อมูลทางเภสัชจลนศาสตร์ของระบบประสาทส่วนกลางได้อย่างแม่นยำในการทดลองในหลอดทดลอง นอกจากนี้ยังสามารถใช้ของเหลวในสมองเทียมในการประเมินผลกระทบต่ออาการบวมน้ำสมองและโปรตีนที่เฉพาะเจาะจง

4 ความท้าทายของการวิเคราะห์ของเหลวในสมองและความจำเป็นของเมทริกซ์ว่างเปล่าเทียม

4.1 ข้อ จำกัด ด้านจริยธรรม/ทางคลินิกสำหรับการได้รับของเหลวในสมองตามธรรมชาติ

การได้รับของเหลวในสมองตามธรรมชาติยังคงเผชิญกับคอขวดที่มีจริยธรรม บุคคลที่มีสุขภาพดีจำเป็นต้องได้รับของเหลวในสมองผ่านการเจาะเอวหรือการระบายน้ำหัวใจห้องล่างซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงของขั้นตอนการรุกรานและทำให้ยากที่จะรับสมัครอาสาสมัครที่มีสุขภาพดี การใช้ของเหลวในสมองเทียม/น้ำไขสันหลังจำลอง(CSF เทียม/CSF จำลอง)) เมทริกซ์แทนที่จะเป็นตัวอย่างธรรมชาติสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพวิธีการหลีกเลี่ยงปัญหาด้านจริยธรรมสร้างความมั่นใจในการวิเคราะห์ที่ได้มาตรฐานในขณะที่รักษาลักษณะเมทริกซ์ (เช่นโปรตีนต่ำและองค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์)

4.2 เอฟเฟกต์เมทริกซ์ที่เกิดจากความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญของแต่ละบุคคล

สปีชีส์/ความแตกต่างของแต่ละบุคคลในปริมาณโปรตีน (15 - 100 mg/dL), phospholipids และสารภายนอกในน้ำไขสันหลังธรรมชาติอาจทำให้เกิดผลการปราบปราม/การเพิ่มประสิทธิภาพของไอออนในการวิเคราะห์ LC - MS/MS โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่งผลกระทบต่อความแม่นยำเชิงปริมาณของยาเข้มข้นต่ำ โดยการปรับแต่งของเหลวในสมองเทียม/ของเหลวในสมองจำลองและการจำลองระดับโปรตีน/ไขมันของสปีชีส์ที่แตกต่างกันเทคโนโลยี LC - MS/MS ใช้เพื่อสร้างการสอบเทียบเส้นโค้งมาตรฐานและลดความแตกต่างระหว่างชุด นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะปรับเฟสมือถือ (เช่น Hilic Chromatography) หรือขยายเวลาการเก็บรักษาเพื่อแยกสารเป้าหมายออกจากส่วนประกอบที่รบกวนเมทริกซ์

4.3 ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบเมทริกซ์ธรรมชาติที่มีต่อการวิเคราะห์ภายใต้เงื่อนไขโรค

โรคไขสันหลังของโรคอาจมีโปรตีนผิดปกติ (เช่นAβและเพิ่มขึ้นเอกภาพ), เลือด - ผลิตภัณฑ์การรั่วไหลของสิ่งกีดขวางในสมอง (เช่นฮีโมโกลบิน) หรือปัจจัยการอักเสบ (IL - 6) ซึ่งรบกวนประสิทธิภาพของไอออนไนซ์โดยตรงหรือพฤติกรรมโครมาโตกราฟีของ LC - MS/MS

5 สปีชีส์ของเหลวในสมอง

5.1 น้ำไขสันหลังของมนุษย์(CSF ของมนุษย์)

น้ำไขสันหลังของมนุษย์เป็นเมทริกซ์มาตรฐานทองของน้ำไขสันหลัง แต่ข้อ จำกัด ทางจริยธรรมนำไปสู่การขาดแคลนตัวอย่างธรรมชาติ โปรตีนต่ำ (15 - 45 mg/dL), ปริมาณเซลล์ต่ำ, ต้องการสูง - ความไว LC - MS/MS การตรวจจับเครื่องหมายประสาท (เช่นAβ, Tau)

5.2 Cynomolgus ลิงไขมันในสมอง (Monkey CSF/ NHP CSF)

ของเหลว cerebrospinal ลิง cynomolgusเป็นแบบจำลองที่ไม่ใช่เจ้าคณะมนุษย์ที่อยู่ใกล้กับมนุษย์มากที่สุดโดยมีความแตกต่างของแต่ละบุคคลมีความแตกต่างกันสำหรับ PK/PD และการประเมินความปลอดภัยของยา CNS ทั่วไปและเป็นแบบจำลองมาตรฐานที่ต้องการสำหรับการศึกษาพรีคลินิกของยา CNS ส่วนใหญ่

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

Rhesus Monkey Cerebrospinal Fluidเปรียบเทียบกับลิง Cynomolgus มีลักษณะการตอบสนองของ neuroimmune ที่แข็งแกร่งและเหมาะสำหรับโรคที่เกี่ยวข้องกับ neuroinflammatory หรือยากำกับดูแลระบบภูมิคุ้มกัน

5.4 ของเหลวในสมองหมาบีเกิ้ล (CSF สุนัขบีเกิ้ล)

ของเหลวในสมองเป็นแบบจำลองความทนทานต่อโปรตีนสูงซึ่งเหมาะสำหรับการประเมินเลือด - การซึมผ่านของสมองและการศึกษาการเผาผลาญยา macromolecular

5.5 SD rat cerebrospinal fluid (หนู CSF)

SD Rat Cerebrospinal Fluidเป็นของเหลวในปริมาตรขนาดเล็กที่มีการปรับเปลี่ยนสูง - การตรวจคัดกรองปริมาณงาน, ต้นทุนต่ำและการปรับเปลี่ยนยีนง่าย ๆ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษากลไกโรคทางระบบประสาท

5.6 ของเหลวในสมองของเมาส์ (เมาส์ CSF)

น้ำไขสันหลังเป็นแบบจำลองการทดลองที่สำคัญในการวิจัยด้านประสาทวิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในแบบจำลองโรคที่ปรับเปลี่ยนของยีน (เช่นโรคอัลไซเมอร์โรคพาร์กินสัน) และระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) การตรวจคัดกรองยา

5.7 minipig cerebrospinal fluid (Minipig CSF)

minipig cerebrospinal fluid ’โครงสร้างทางกายวิภาคช่วยให้การสุ่มตัวอย่างซ้ำ ๆ ทำให้เหมาะสำหรับการศึกษาทางเภสัชวิทยาในระยะยาว อย่างไรก็ตามองค์ประกอบของฟอสโฟไลปิดแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากของมนุษย์และการเลือกวิธีการของวิธีการจะต้องได้รับการตรวจสอบ

5.8 ของเหลวสมองกระต่าย (CSF กระต่าย)

CSF กระต่าย เป็นหนึ่งในแบบจำลองการทดลองที่ใช้กันทั่วไปในการวิจัยด้านประสาทวิทยาและการพัฒนายาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในยาจักษุแพทย์ระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) และการศึกษาการซึมผ่านของเลือด

บทสรุป

การวิเคราะห์ของน้ำไขสันหลัง (CSF) มีบทบาทสำคัญในการพัฒนายาระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญในการแทรกซึมของยาข้ามเลือด - อุปสรรคสมอง (BBB) ​​และพฤติกรรมทางเภสัชจลนศาสตร์ในระบบประสาทส่วนกลาง อย่างไรก็ตามการใช้ CSF ธรรมชาติต้องเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญรวมถึงข้อ จำกัด ทางจริยธรรมในการรวบรวมตัวอย่าง, inter - species และ inter - ความแปรปรวนส่วนบุคคลในองค์ประกอบเมทริกซ์และการเปลี่ยนแปลงโปรไฟล์ทางชีวเคมีในสภาวะโรค ข้อ จำกัด เหล่านี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นสำหรับเมทริกซ์ ACSF ซึ่งช่วยให้การทดสอบทางชีวภาพที่ได้มาตรฐานและทำซ้ำได้ในขณะที่ช่วยลดอุปสรรคทางจริยธรรมและทางเทคนิค

LC - MS/MS ได้กลายเป็นเครื่องมือวิเคราะห์ที่สำคัญสำหรับการศึกษา CSF ซึ่งมีความไวสูงและความจำเพาะสำหรับการหาปริมาณยาและไบโอมาร์คเกอร์ที่ระดับความเข้มข้นต่ำ อย่างไรก็ตามเอฟเฟกต์เมทริกซ์ - ขับเคลื่อนด้วยความแตกต่างในโปรตีนไขมันและปริมาณอิเล็กโทรไลต์ข้ามสายพันธุ์ - ต้องการการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างระมัดระวังของการเตรียมตัวอย่างและเงื่อนไขโครมาโตกราฟี เมทริกซ์ CSF เทียมซึ่งปรับแต่งให้เลียนแบบทั้งเงื่อนไขที่ดีต่อสุขภาพและทางพยาธิวิทยา (เช่นการยกระดับเอกภาพหรือAβ42ในโรคอัลไซเมอร์) เพิ่มความน่าเชื่อถือของวิธีการและอำนวยความสะดวกในการเปรียบเทียบข้าม -

ในบรรดาแบบจำลองสัตว์ Cynomolgus Monkey CSF มีลักษณะคล้ายกับ CSF ของมนุษย์และเป็นที่ต้องการสำหรับการศึกษา PK/PD ทั่วไปในขณะที่ Rhesus Monkey CSF นั้นเหมาะสมกว่าสำหรับการวิจัย neuroinflammatory เนื่องจากการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่เพิ่มขึ้น แบบจำลองหนู (เช่นหนู SD) เสนอต้นทุน - มีประสิทธิภาพสูง - ตัวเลือกการคัดกรองปริมาณงานสูงในขณะที่ Minipig CSF อนุญาตให้มีการสุ่มตัวอย่างซ้ำ ๆ ในการศึกษาระยะยาว -

โดยสรุปการบูรณาการของสปีชีส์ - เมทริกซ์ CSF เทียมที่เฉพาะเจาะจงกับวิธีการ LC - MS/MS ขั้นสูงที่อยู่แก้ไขปัญหาคอขวดที่สำคัญในการพัฒนายา CNS ทำให้เกิดการวิจัยพรีคลินิกที่แม่นยำมากขึ้นจริยธรรมและแปลได้ ความก้าวหน้าในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่การกลั่นแบบจำลอง CSF ทางพยาธิวิทยาและเพิ่มประสิทธิภาพเวิร์กโฟลว์ทางชีวภาพเพื่อทำนายผลลัพธ์ทางคลินิกได้ดีขึ้น

คำสำคัญ: น้ำไขสันหลัง, น้ำไขสันหลังเทียม, CSF เทียม, ของเหลวในสมองจำลอง, CSF แบบจำลอง, ตัวอย่าง CSF, LC - MS/MS, มนุษย์ CSF, cynomolgus monkey cerebrospinal ของเหลว (CSF) CSF, สุนัขบีเกิ้ลของเหลวในสมอง, สุนัขบีเกิ้ล CSF, SD หนูหนูของเหลวในสมอง, หนู CSF, หนู CSF, minipig cerebrospinal fluid, minipig CSF, กระต่ายสมอง

Cite: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong กลยุทธ์การวิจัยและเทคโนโลยีชายแดนที่ก้าวหน้าในเภสัชจลนศาสตร์ intracerebral แถลงการณ์เภสัชวิทยาจีน, 2023, 39 (9): 1607 - 1612