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嘉峪檢測網 2024-08-26 08:38
鼻腔給藥既可以實現局部暴露，也可以達到全身系統給藥的目的。鼻腔是空氣吸入的主要路徑，空氣中可以攜帶顆粒、液體或氣體。另外，鼻子還有兩個額外功能，嗅覺和通過加熱、加濕和過濾進入的氣流以保護肺部。大的和/或有刺激性的顆粒或飛沫會引發反射性噴嚏，從而被排出，避免肺部沉積或全身吸收。然而，如果有合適的制劑和遞送裝置，藥物可以局部吸收或通過鼻粘膜進入系統循環，從而實現治療目的。未被鼻子吸收的小顆粒物可被吸入肺部，或在肺局部起作用，或被吸收到系統循環中，或通過粘液纖毛清除和巨噬細胞攝取清除。進入鼻腔的液體，既可以在鼻腔內吸收，也可以被吸入遞送至肺部。較大的吸入顆粒物也有機會被胃腸道清除。這些顆粒或液滴附著在鼻子里的粘液上，被纖毛推向鼻子后部，排入鼻咽，最終被吞咽到食道和胃中。除了從鼻子中清除藥物外，這種機制還可能導致藥物通過胃腸道實現系統暴露。因此，鼻內給藥是個局部和全身吸收共存的給藥途徑，既可以產生預期的藥理作用，也可能因為非預期的暴露出現毒性反應。
鼻腔給藥有很多優勢，給藥簡單、無創、允許大多數患者（包括惡心或嘔吐的患者）自行用藥。而且，除了直接遞送至鼻內，還可以實現多種靶部位的藥物暴露。比如已上市的鮭魚降鈣素和催產素鼻噴可以實現系統治療的目的，舒馬曲坦和唑米曲坦則可以通過鼻腔給藥實現入腦治療偏頭痛。鼻粘膜與大腦位置很接近，可以實現大腦和/或腦脊液中藥物的快速暴露。還有些在開發的藥物則通過鼻內給藥實現靶向肺部組織的目的。由于相對較大的血管表面積，分子量<1 kDa的親脂性藥物非常容易被吸收，系統暴露甚至達到與靜脈注射（IV）途徑相似。言外之意，很多經鼻給藥的藥物可以實現比經口給藥更高的生物利用度、更好的耐受性。畢竟，經鼻給藥沒有首過消除。
與任何途徑一樣，經鼻給藥也有其局限性。大分子，如許多蛋白質、肽（>1kDa）和親水性藥物往往經鼻吸收很差，主要受限于鼻腔黏膜纖毛快速清除。當然，有企業在開發粘膜粘合劑和滲透增強劑以促進這類藥物的吸收。經鼻給藥另外一個缺點是雖然無首過效應，但鼻子也是個代謝活躍的器官，有些藥物在鼻腔環境中被代謝。此外，鼻腔畢竟是暴露在外部環境的，而且受生理條件影響，吸收變異可能會比較大。
所幸動物在鼻解剖學和生理學方面與人體相似，通過動物藥理學和毒理學研究，可以比較容易推斷人體情況。因此，可以用動物對制劑、粒徑大小、通氣量、給藥體積和/或暴露位置等進行研究，實現經鼻給藥后局部或全身靶組織暴露的目的。
鼻解剖學和生理學
在所有哺乳動物中，鼻中隔將兩個鼻腔分開。空氣通過鼻腔（鼻孔）流入前庭，到達鼻前房。前庭有起支持和保護功能的角質化的復層鱗狀上皮。前庭體積小（人體約0.6 cm3），血管少，滲透性差。在前庭之后，空氣流入中庭，氣流速率在該區域下降。中庭具有與前庭相似的功能。一旦空氣通過中庭進入鼻子的主腔，就會到達一個具有血管豐富、滲透性強和表面積大特點的區域（人體約130 cm2）。鼻呼吸區的主要細胞類型為杯狀細胞、假復層纖毛柱狀上皮和基底細胞等。杯狀細胞產生粘液，而纖毛上皮細胞將粘液推向鼻咽遠端（粘液纖毛清除）。基底細胞充當祖細胞。這三種細胞類型位于回旋褶皺，即鼻甲上，限制氣體流動，使吸入的空氣與呼吸道上皮之間緊密接觸。這個區域是大多數藥物進入血液的主要入口。
鼻內的血管、淋巴管、神經和腺體對藥物遞送也很重要。動脈是以與吸入氣流相反的方向向前流動，可以達到對吸入空氣加溫和加濕的作用，其中克氏叢（Kiesselbach’s plexus）區域作用最為明顯。該區域鱗狀上皮細胞逐漸向呼吸上皮細胞轉化，大多數親脂性藥物在此處被吸收。克氏叢是一個高度血管化的區域，包含無瓣靜脈、有孔毛細血管和多孔內皮基底膜，這些基底膜會對神經、機械、熱、心理或化學刺激做出反應，繼而改變血容量，并導致藥物吸收速率的快速變化。同樣，漿液腺和漿膜粘液腺的分泌物可以在副交感神經的控制下分泌大量液體和粘液，對藥物吸收產生重要影響。此外，脂溶性藥物可以通過淋巴管吸收。淋巴管排入周圍的淋巴結，與鼻腔相關的淋巴組織一起，作為識別和消除病原體的重要部位。淋巴管也可以作為鼻腔吸入疫苗的抗體產生部位。
鼻子主要由嗅覺神經、三叉神經和面部神經三種顱神經的分支支配。面部神經的傳出纖維控制著該區域的肌肉，但對于藥物遞送來說，影響副交感神經纖維比較重要，因為其可以刺激鼻腺粘液分泌和血管舒張，從而顯著影響藥物吸收。三叉神經是頭部和面部的主要神經，其傳入分支負責機械疼痛/觸摸疼痛和對溫度的感覺。三叉神經末梢沒有覆蓋上皮層，從而允許揮發物和小顆粒直接接觸神經元受體。對于藥物遞送，這一點非常重要，因為這些受體與藥物和制劑的耐受性/刺激性有關。最后，嗅覺神經從嗅球通過鼻子最接近顱側的篩狀板進入鼻子。許多藥企將該神經作為藥物通過鼻子進入大腦的重要路徑。
鼻解剖結構的種屬差異
盡管哺乳動物鼻子的解剖和生理在不同物種之間基本相似，但還是存在一些差異。在將藥物輸送到鼻腔以及解釋毒理學研究結果時，需要考慮鼻腔結構和功能的種屬間差異。例如，人類和非人類靈長類動物的鼻甲結構簡單，而小鼠、大鼠、兔子和犬的鼻甲結構相對復雜。鼻甲的數量和形狀會影響氣流特征，進而影響藥物的沉積。鼻甲結構也可以產生較大的表面積，從而影響藥物吸收。下表顯示了不同種屬鼻子的相對體積、表面積和鼻甲復雜性。表面積值比較關鍵，用于經鼻毒性研究中的劑量標準化，類似于全身給藥的體重或體表面積的使用。
毒理研究中的藥物遞送和裝置
很多種因素包括遞送裝置、體積、麻醉、給藥方法等均會影響藥物的經鼻吸收。對于小型嚙齒類動物（大鼠和小鼠）藥理學和毒理學試驗，通常采用移液器滴鼻的方式給藥。給藥應與吸氣相一致，以便通過毛細管作用將溶液吸入鼻孔，同時將動物保持直立。不要將移液器尖端插入鼻孔或離動物太近，以防對動物造成損傷，尤其是重復給藥毒性試驗，更應注意。這種方式給藥盡量保證不同組別間更換移液器的頭，預防污染。也可以遞送更大劑量，但為了實現最佳全身吸收，總遞送劑量應拆分成更小的液滴，少量多次給藥，液滴大小如下表所示。每滴給藥后，在下一滴給藥前暫停約3-5秒，將有助于防止液體積聚和吞咽，從而提高藥物的吸收。如果動物在給藥時排出或打噴嚏，應記錄下來，但通常不會重新給藥，尤其是在長期毒理研究中。每次給藥完成后，應將動物頭部保持向后傾斜的位置約5-10秒，以防止藥物從鼻孔中流出。嚙齒類動物鼻腔給藥通常耐受性很好，但如果給藥頻率超過每天三次，則可能會出現體重減輕和鼻腔刺激。
非嚙齒類動物鼻腔體積大，可以借助注射器滴入，也可以使用臨床裝置如液體泵、干粉裝置進行鼻內給藥。當然，動物試驗是不強制要求采用與臨床完全一樣的裝置給藥的。犬和靈長類通常是一名技術人員固定動物，另外一名技術人員負責給藥。不過，犬比較容易操作，耐受性通常也不錯。但靈長類操作起來就會更有挑戰一些，而且比較容易產生應激，因此需要限制每天給藥體積和給藥次數，如上表所示。
影響藥物沉積和吸收的因素很多，包括與設備直接接觸、給藥溶液濃度、極端pH、冷的液體等。這些化學和機械因素可能會引起刺激、分泌物、撕裂、瘙癢、打噴嚏、出血和疼痛，所有這些都會導致藥物吸收減少。
如果使用鼻腔噴霧劑降低藥物粒徑，潛在會促進藥物吸收，并可能增加藥物在肺部的分布。另外，通過增加給藥體積，也能增加藥物在肺部的暴露。當然，前文也提到過，經鼻吸入的藥物可以通過海綿竇/靜脈竇/頸動脈壁/血腦屏障，或淋巴通路/嗅覺神經/三叉神經周圍的血管空間進入大腦。
制劑
為實現不同解剖部位（系統循環、肺和大腦）暴露的目的，增強藥物在鼻子中的持久性和吸收，制劑的改進也很關鍵。水溶液和干粉類制劑已經有很多上市產品。但新型聚合微球和納米顆粒，在改善暴露方面可能更具優勢。另外，為了提高水溶液的耐久性和滲透性，已經使用了合成的表面活性劑、膽鹽、磷脂和環糊精，同時也探索了膠束、脂質體和各種乳液用于類似目的。對于干粉類制劑，已經在嘗試使用生物粘合劑和其他降低藥物清除率的制劑。
經鼻給藥的毒理設計
目前沒有專門針對經鼻給藥的非臨床研究指導原則，可以參考一些通用型指南比如ICH M3(R2)、ICH S6(R1)和FDA改劑型或給藥途徑的相關指南。通常來講，給藥途徑、給藥濃度、給藥方案（持續時間和頻率）需要與臨床擬用方案相似或超出。但是，出于動物福利方面的考慮，經鼻給藥非臨床研究中達到充分的劑量倍數、或相似的給藥頻率可能會有些挑戰。不過，藥物濃度至少要與臨床擬用產品相當或更高。除非藥物溶解度達不到，給藥倍數可以按照鼻內相對表面積換算（參照前文表格），達到臨床擬用劑量的10-20倍。可以少量多次給藥以達到更高的日給藥總量（total daily dose）。 種屬選擇方面，根據相關動物種屬情況，常見組合是大鼠+犬或大鼠+非人靈長類。當然，如果是已上市產品改劑型，通常僅在一種最相關種屬中開展經鼻重復給藥毒性研究是可以接受的。
動物數量方面并無特殊，與其它系統給藥路徑相似。對照組設置方面，正常設置一組vehicle對照即可，但如果制劑中含有之前未使用過的新型輔料，則建議增加一組buffer對照。如果藥物經鼻給藥的目的是實現肺部暴露，建議額外增加每組動物數，原因是為實現藥物吸入和肺部充分暴露，往往需要對動物進行深度麻醉，可能會出現動物死亡的情況。當然，對于藥物粒徑小于5μm的制劑，實現肺組織暴露相對容易，不涉及麻醉，上述風險就低很多。
毒理終點方面，除標準毒理要求的體重、攝食量、臨床觀察、臨床病理學、眼科檢查、尸檢、器官重量、組織病理學等以外，經鼻途徑的藥物還需要進行某些特定評估。比如臨床觀察，需要特別關注給藥部位的情況。另外，據報道，鼻內暴露于化合物后，可能會對嗅覺功能產生影響，包括嗅覺缺失，也需要進行評估。簡單的嗅覺測試如埋藏食物搜尋測試。也有些更復雜和靈敏的測試，比如嗅覺上皮產生的負電位可以在類似于眼睛視網膜電圖的嗅覺電圖中測量。
前文已有提及，鼻子中的疼痛受體是沒有被鱗狀上皮覆蓋的，經鼻遞送的藥物幾乎直接進入自由神經末梢，并可能導致上呼吸道刺激。如果藥物潛在產生刺激作用，則可以評估刺激效力。三叉神經刺激會導致小鼠呼吸模式的特征性變化，這些變化可以用頭外置式體積描記系進行評估，并可參考美國標準測試方法（ASTM 981-04, 2012）。
經鼻給藥毒理學研究中特別重要的是鼻腔的組織病理學評估。通常情況下，在對鼻骨進行脫鈣后進行四次或多達六次鼻腔切片。這一過程通常會增加一兩周的病理處理時間。同樣，應該對大腦的嗅覺區域進行額外的評估，特別是藥物具備中樞活性。除了通常用于組織病理學的標準三個切片外，建議再增加2-4個切片。由于經鼻給藥也會導致藥物暴露于口咽、喉、氣管、肺、食道和胃，因此在病理學評估中應特別關注這些部位的組織或器官。此外，如果下頜下、支氣管和縱隔引流淋巴結腫大，也要進行相應評估。
鼻腔和大腦以及上述其他組織通常用蘇木精和伊紅染色。如果出現問題，建議對嗅上皮和嗅球進行特殊染色評估。如果存在粘液增生，阿利新藍（pH 2.4）和周期性酸-希夫染色可以突出粘液產生細胞。嗅覺纖毛中發現的嗅覺受體神經元標記物嗅覺標記蛋白（OMP）和腺苷酸環化酶3（AC3）也可能有用。也可以使用幾種嗅覺特異性較低的神經元標記物，例如β-tubulin, fluoro-jade, silver stain和caspase 3.
鼻粘膜中常見的供試品相關或背景發現包括：纖毛縮短（吸收）或缺失、上皮細胞去分化、增生/化生、粘液（杯狀細胞）增生/化生、嗜酸性粒細胞包涵體/液滴、炎癥、粘膜水腫、變性、萎縮、壞死、鼻甲潰瘍和骨質增生。值得注意的是，粘液細胞（杯狀細胞）增生和嗜酸性粒細胞包涵體/液滴是嚙齒動物毒理學研究中的常見發現，可能與人類病理學無關。
來源：藥理毒理開發
