Phân tích dịch não tủy chéo (phân tích CSF) và phát triển ma trận nhân tạo: Giải quyết các tắc nghẽn kỹ thuật chính trong quá trình phân tích sinh học thuốc CNS

1 sản phẩm iPhase

2 Chức năng sinh lý của dịch não tủy: Phân tích sinh học của thuốc não

Bộ não được chia thành bốn phần, bao gồm telencephalon, diencephalon, tiểu não và não. Các lỗ hổng trong các phần khác nhau của não được gọi là tâm thất, chứa đầydịch não tủy (CSF). Dịch não tủy chủ yếu liên quan đến việc phân phối và chuyển hóa thuốc trong não và hệ thần kinh trung ương (CNS).

Pharmacodynamics studies the dynamic changes of drug absorption, distribution, metabolism, and excretion in the body through quantitative analysis, reflecting the body's disposal process of drugs, with a focus on monitoring blood drug concentration. The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic exchange interface with selective permeability, which limits the distribution of harmful substances and drugs in the brain while also restricting their entry from the bloodstream into the brain parenchyma. When BBB changes drug permeability, detecting blood drug concentration may not accurately reflect the drug concentration in the brain. Simply using blood drug concentration as a substitute indicator for drug concentration in the central nervous system may lead to insufficient dosage, and there is a risk of disrupting advanced neural activity in animals due to therapeutic side effects caused by non-CNS drugs entering brain tissue. Therefore, at the macro level, brain tissue homogenization or cerebrospinal fluid extraction methods are mainly used for pharmacokinetic studies in the brain.

3 Ý nghĩa của phân tích dịch não tủy trong phát triển thuốc

The protein content of CSF is extremely low, and its drug concentration is often used as a substitute indicator for CNS free drugs. However, the operation of CSF circulation is much slower than that of blood circulation, resulting in insufficient mixing of animal CSF contents. Depending on the sampling location/time and administration route, the drug concentration in CSF may vary greatly.Chất lỏng não nhân tạo (CSF nhân tạo, ACSF) là một giải pháp mô phỏng thành phần và chức năng của dịch não tủy tự nhiên và có thể đánh giá chính xác dữ liệu dược động học CNS trong các thí nghiệm adme in vitro. Ngoài ra, dịch não tủy nhân tạo cũng có thể được sử dụng để đánh giá tác dụng của nó đối với phù não và các protein cụ thể.

4 Những thách thức của phân tích dịch não tủy và sự cần thiết của ma trận trống nhân tạo

4.1 Hạn chế về đạo đức/lâm sàng để có được dịch não tủy tự nhiên

Việc thu được dịch não tủy tự nhiên vẫn phải đối mặt với tắc nghẽn đạo đức. Những người khỏe mạnh cần phải có được dịch não tủy thông qua thủng thắt lưng hoặc thoát nước tâm thất, gây ra rủi ro của các thủ tục xâm lấn và gây khó khăn cho việc tuyển dụng các tình nguyện viên khỏe mạnh. Sử dụng dịch não tủy nhân tạo/Mô phỏng dịch não tủy(CSF nhân tạo/CSF mô phỏng)) Ma trận thay vì các mẫu tự nhiên để tối ưu hóa phương pháp, tránh các vấn đề đạo đức, đảm bảo phân tích tiêu chuẩn trong khi bảo tồn các đặc điểm ma trận (như thành phần protein thấp và điện giải).

4.2 Hiệu ứng ma trận gây ra bởi sự khác biệt đáng kể cá nhân

The species/individual differences in protein content (15-100 mg/dL), phospholipids, and endogenous substances in natural cerebrospinal fluid may cause ion suppression/enhancement effects in LC-MS/MS analysis, especially affecting the quantitative accuracy of low concentration drugs. By customizing artificial cerebrospinal fluid/ simulated cerebrospinal fluid and simulating protein/lipid levels of different species, LC-MS/MS technology is used to establish standard curve calibration and reduce inter batch differences. It is also possible to adjust the mobile phase (such as HILIC chromatography) or extend the retention time to separate target substances from matrix interfering components.

4.3 Tác động của những thay đổi trong các thành phần ma trận tự nhiên đối với phân tích trong điều kiện bệnh

Bệnh dịch não tủy có thể chứa các protein bất thường (như giảm aβand tăng tau), các sản phẩm rò rỉ hàng rào trong máu (như hemoglobin) hoặc các yếu tố viêm (IL - 6), trực tiếp can thiệp vào hiệu quả ion hóa hoặc hành vi sắc ký của LC - MS/MS.

5 chất dịch não tủy

5.1 Chất lỏng não người(CSF của con người)

Dịch não tủy của con ngườilà ma trận tiêu chuẩn vàng của dịch não tủy, nhưng những hạn chế về đạo đức dẫn đến sự khan hiếm của các mẫu tự nhiên; Protein thấp (15 - 45 mg/dL), hàm lượng tế bào thấp, yêu cầu cao - Độ nhạy LC - MS/MS phát hiện các dấu hiệu thần kinh (như Aβ, TAU).

5.2 Dầu não khỉ Cynomolgus (Khỉ CSF/ NHP CSF)

Chất lỏng não của con khỉ cynomolguslà mô hình linh trưởng không phải là con người gần nhất với con người, với sự khác biệt cá nhân nhỏ, phù hợp với PK/PD và đánh giá an toàn củaThuốc CNS thông thường, và là mô hình tiêu chuẩn hóa ưa thích cho các nghiên cứu tiền lâm sàng về hầu hết các loại thuốc CNS.

5.3 Rhesus Khỉ dịch não tủy (Monkey CSF/ NHP CSF)

Chất lỏng não của con khỉđược so sánh với khỉ cynomolgus, nó có đặc điểm phản ứng thần kinh mạnh hơn và phù hợp hơn với các bệnh liên quan đến viêm thần kinh hoặc thuốc điều hòa miễn dịch.

5.4 Chất dịch não chó Beagle (Beagle Dog CSF)

Chất dịch não tủy Beaglelà một mô hình dung nạp protein cao, phù hợp để đánh giá tính thấm của máu - hàng rào não và nghiên cứu chuyển hóa thuốc đại phân tử.

5,5 dịch não tủy chuột SD (CSF chuột)

Chất lỏng não của chuột SDthuộc về dịch não tủy khối lượng nhỏ, với độ thích ứng cao - sàng lọc thông lượng, chi phí thấp và biến đổi gen dễ dàng, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các cơ chế bệnh thoái hóa thần kinh.

5.6 dịch não tủy chuột (Chuột CSF)

Chuột dịch não tủylà một mô hình thử nghiệm quan trọng trong nghiên cứu khoa học thần kinh, đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong các mô hình bệnh biến đổi gen (như bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson) và sàng lọc thuốc hệ thần kinh trung ương (CNS).

5,7 dịch não tủy Minipig (Minipig CSF)

Chất lỏng não minipigC cấu trúc giải phẫu cho phép lấy mẫu lặp đi lặp lại, làm cho nó phù hợp cho các nghiên cứu dược lý dài hạn. Tuy nhiên, thành phần của phospholipid khác biệt đáng kể so với con người và tính chọn lọc của phương pháp cần được xác minh.

5,8 dịch não tủy của thỏ (Thỏ CSF)

Thỏ CSF là một trong những mô hình thí nghiệm thường được sử dụng trong nghiên cứu khoa học thần kinh và phát triển thuốc, đặc biệt là trong các loại thuốc nhãn khoa, các bệnh về hệ thần kinh trung ương (CNS) và các nghiên cứu về khả năng thấm của hàng rào máu não (BBB), nơi nó có lợi thế duy nhất.

Phần kết luận

The analysis of cerebrospinal fluid (CSF) plays a pivotal role in central nervous system (CNS) drug development, providing critical insights into drug penetration across the blood-brain barrier (BBB) and pharmacokinetic behavior in the central nervous system. However, the use of natural CSF faces significant challenges, including ethical constraints in sample collection, inter-species and inter-individual variability in matrix composition, and altered biochemical profiles in disease states. These limitations underscore the necessity for aCSF matrices, which enable standardized and reproducible bioanalytical assays while mitigating ethical and technical hurdles.

LC-MS/MS has emerged as a key analytical tool for CSF studies, offering high sensitivity and specificity for quantifying drugs and biomarkers at low concentrations. Nevertheless, matrix effects—driven by differences in protein, lipid, and electrolyte content across species—require careful optimization of sample preparation and chromatographic conditions. Artificial CSF matrices, tailored to mimic both healthy and pathological conditions (e.g., elevated Tau or Aβ42 in Alzheimer’s disease), enhance method reliability and facilitate cross-species comparisons.

Among animal models, Cynomolgus monkey CSF closely resembles human CSF and is preferred for general PK/PD studies, whereas Rhesus monkey CSF is better suited for neuroinflammatory research due to its heightened immune response profile. Rodent models (e.g., SD rats) offer cost-effective, high-throughput screening options, while minipig CSF allows for repeated sampling in long-term studies.

Tóm lại, sự tích hợp của các loài - Ma trận CSF nhân tạo cụ thể với các phương pháp LC - MS/MS tiên tiến giải quyết các tắc nghẽn quan trọng trong phát triển thuốc CNS, cho phép nghiên cứu tiền lâm sàng chính xác, đạo đức và có thể dịch được. Những tiến bộ trong tương lai nên tập trung vào việc tinh chỉnh các mô hình CSF bệnh lý và tối ưu hóa quy trình làm việc sinh học để dự đoán tốt hơn kết quả lâm sàng.

Từ khóa: 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, Mouse CSF, Minipig Cerebrospinal Fluid, Minipig CSF, Rabbit Cerebrospinal Fluid, Rabbit CSF, CSF Sample, Cerebrospinal Fluid Analysis

CITE: Ban Wei - Kang, Yang Zhi - Hong. Chiến lược nghiên cứu và những tiến bộ công nghệ biên giới trong dược động học nội sọ. Bản tin dược lý Trung Quốc, 2023, 39 (9): 1607 - 1612.