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动物实验中,药物的溶解及注意事项

动物实验时,给药方式的选择、给药体积的大小以及溶剂的选择都会对实验结果的准确性及实验动物的安全性造成影响。


在之前的内容中,我们讨论了实验设计中给药方式的选择以及给药剂量的确定,本次我们将着重讨论药物溶解过程中的一些问题。


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在动物实验中,药物通常会以溶液或悬浮液的形式给药。溶液是指两种或以上物质的均匀液体混合物,溶液中的成分不容易被分离;悬浮液指多种物质的多项液体复合物,通常有容易发生沉淀的固体颗粒分散在液体成分中。


不管是溶液和悬浮液都可以在常用的动物给药方式中使用,但是为了减少栓塞现象,静脉注射的时候必须保证基本无颗粒状态。


常用的几种药物溶解辅料

水溶液与动物的生理环境更为接近,动物实验中所给药物的溶媒最好以水相为主。常用的水溶液包括:水、生理盐水(Saline)、5%的葡萄糖水(D5W)、pH 2-9的缓冲溶液(buffer)。


但是有很多药物本身的溶解度不高(满足不了动物实验的给药剂量),就需要很多其他辅助措施来提高溶解度,以得到澄清的溶液或适合给药的悬浮液。


常用提高溶解度的措施包括适当加热、震荡、添加助溶剂、表面活性剂等;悬浮液的制备可以通过添加亲水性聚合物和表面活性剂简单实现。


助溶剂可以提高水溶性不好的药物的溶解性。极性较大的助溶剂有二甲基亚砜(DMSO)、二甲基乙酰胺(DMA)和甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等,极性稍小的助溶剂有乙醇、丙二醇(PG)和聚乙二醇(PEG)等。


DMSO是应用广泛的助溶剂,在溶解性不高的药物早期代谢研究中有广泛应用。对于实验动物,DMSO具有较低的系统毒性,但是由于其可以导致显著的局部毒性(如水疱、灼伤感、局部过敏反应等),不适合单独作为动物给药的配方,通常需要配合其他助溶剂或表面活性剂使用。


环糊精是一种具有亲水表面和一个疏水空腔的环状低聚糖,可以与疏水性的药物分子形成水溶性配体药物复合体,提高药物的溶解度。对于实验动物来说,环糊精相对安全,在研究中经常被应用。常用的环糊精:羟丙基-β-环糊精 (HP-β-CD)和磺丁基-β-环糊精(SBE-β-CD),是目前被FDA批准的仅有的两种可注射型环糊精辅料,其中SBE-β-CD的助溶效果优于HP-β-CD。


羧甲基纤维素钠 (CMC-Na)、甲基纤维素(MC)是常见的动物给药助溶剂,具有调节粘度、稳定乳液的作用。CMC-Na、MC 按照比例给药,对动物基本没有毒性。CMC-Na 溶解药物一般会形成均匀的混悬液,可用于腹腔和灌胃。需要注意的是,CMC-Na 混悬液需现用现配,不建议长期储存。


但是使用助溶剂仍然有给药时药物沉淀的问题。因此,在给药过程中(特别是注射给药),可以采用尽量降低溶剂中药物浓度,降低注射速度,在配方中加入少量表面活性剂等措施减少沉淀的发生


表面活性剂除了加强药物溶解以外,还能使药物颗粒湿润、分散,减少药物在体内体外稀释时析出沉淀。传统的表面活性剂有聚山梨醇酯(如Tween-80)、聚乙二醇蓖麻油(如Cremophor EL)等;新型的表面活性剂有:甘油酯44/14、聚乙二醇硬脂酸酯15(Solutol HS-15)。新型比传统表面活性剂,助溶效果、生物相容性及安全性更好,所以现在常用Solutol HS-15替代Tween-800。


脂类可以有效的帮助脂溶性强的化合物溶解,常用的有大豆油、玉米油、卵磷脂和甘油等。很多脂类如大豆卵磷脂、油酸、甘油单酯等也常用作表面活性剂和乳化剂。由于其营养物质丰富,在配置时需要注意无菌操作,防止污染。


——

在给药时为了实现药物准确运送到动物体内、减少溶剂本身的副作用和毒性等的目标,需要选择合适的溶剂配方。溶剂的理化性质,如pH、粘稠度、渗透压等都会对给药产生影响,需要慎重考虑。


例如:


粘稠度过高可能会导致注射用针头的堵塞,粘在针头外的药物还有可能进入气管,造成给药剂量不准确,甚至对实验动物的致命伤害。


溶剂的pH值会影响药物的吸收度、药物的吸收部位以及对组织的伤害。过酸或过碱的溶剂有可能导致实验动物的腹泻、呕吐、组织溃疡或坏死及实验动物的痛苦。下图列举了部分给药方式适宜的pH值范围:


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那么,该如何选择合适的溶剂?

一般我们可以从需要溶解药物的化合物结构给药方式两方面考虑。


01 从结构初步判断


通过化合物结构中的亲水基团或者疏水基团可以对化合物的水溶性作初步判断,如下:


  • 常见的亲水基团:—OH、—CHO、—COOH、—NH2等;

  • 常见的疏水基团:所有的烃基(—CnH2n+1、—CH=CH2、—C6H5等)、卤原子(—X)、硝基(—NO2)等;

  • 常见的酸性基团:—COOH、—OH、—SO3H等;

  • 常见的碱性基团:—NR2等;

一般亲水基团多的化合物水溶性比疏水基团多的好,亲水性好的助溶剂可以少用一点;碱性基团多时降低pH可以提高溶解度,酸性反之(注意不要使用对动物组织有刺激性的极端pH)。


然而,一般通过结构只能提供很少线索,如大概的亲水性等,有时候还可能会误传信息,像盐酸小檗碱(从结构上看,应是水溶性很好的,然而实际却基本不溶)。


物质的溶解度如何,需要进一步去探究。


1、如果有文献可供参考,须提前准备好文献中需用到的各种助溶物,然后先称取少量药物参照文献描述进行溶液配制,可通过震荡、超声、加热等帮助溶解。


如文献描述的溶解方法不能很好地溶解实验药物,需另行摸索更为适合的溶解方法。


2、如果没有文献可供参照,可参考如下步骤:


①考虑到助溶剂和表面活性剂等的毒性,首先考虑使用水或一定pH的缓冲溶液;


②若不溶,进一步考虑配方中加入助溶剂和表面活性剂等,其中助溶剂和表面活性剂的比例可根据化合物溶解性从小到大的尝试并调整。


注:溶解时,应注意是先保证化合物在助溶剂和表面活性剂中完全溶解后,再稀释到水相中,如10% DMSO+90% Saline,是指药物先溶解到DMSO后,再稀释到生理盐水中。



02 给药方式


常见的给药方式分为静脉注射、灌胃、腹腔注射、皮下注射,不同的给药方式可用剂型也有所不同:


0 (2).png


可根据给药方式选择合适的剂型及相应的助溶剂进行配制。

如:
(1)口服给药:只要保证药物是均匀且稳定的就可以
(2)静脉给药:对药物剂型要求比较高,需完全溶解的溶液或者药物颗粒比红细胞小得多的体系
(3)若静脉注射则需要等渗溶液,所以配药的水相多用生理盐水而非水;而灌胃给药不要求等渗,用水就可以。
(4)皮下给药量很小,需结合给药量。同样的给药剂量下,注射配制的药物浓度就要高一些,需要考虑到药物溶解性是否满足要求

在具体实验研究中,我们需要不断去摸索,下面为大家由简及繁的提供一些药物溶剂配方作为选择参考,从上到下,逐渐繁琐,可以依次尝试。


0.jpg

注:PO指口服给药方式;IV指静脉给药方式。


注意事项

在确定溶剂配方时,还应该考略各辅料的动物耐受剂量范围。虽然助溶剂、表面活性剂等可以有效的提高药物在水相中的溶解度,但是大部分辅料都有毒副作用或者可以干扰生物系统,其用量应控制在尽量低的水平。如DMSO具有较低的系统毒性,表面活性剂Tween-80和蓖麻油在液质检测分析血浆时易产生大的基质效应。


动物实验中各辅料的使用安全范围如下表所示:


0.png


结语

关于动物溶剂就介绍这么多了,小编在这里也只能给大家一些最基础的建议。在具体实验研究中,我们需要不断去摸索。毕竟,不同物种的动物对同一溶剂的耐受性是不同的,即使是同一物种的动物,由于品系的不同,对同样的溶剂的耐受性也会有一定差异。


在动物给药实验中,我们不仅要考虑药物是否溶解,还要考虑到各种添加物质动物体内的耐受剂量范围、结合给药方式的溶剂是否需要等渗、是否会在体内析出、配制药液的稳定性等多方面的问题,这些都是需要依靠不断地摸索来获取经验的。


参考来源:

[1].动物实验开始给药了,然而你的药物不溶该怎么办?(https://mp.weixin.qq.com/s/4JbNYsFsUtxTjpEF8n3m1A)

[2]. 化合物应用 | 动物实验溶剂选择(https://mp.weixin.qq.com/s/sYHBNX5-cqKzS6UL_QM-qA)

[3]. Developing early formulations: Practice and perspective

(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378517307004553)

[4]. Administration of substances to laboratory animals: equipment considerations, vehicle selection, and solute preparation(https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22330706/)


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