给实验动物用药需要仔细考虑和计划,以优化给动物的药剂递送,同时最大限度地减少手术中的潜在不良反应。对于所有物种,都有许多不同的物质给药途径。必须考虑给药量、给药部位、物质的pH值和其他因素,以完善该技术。在研究的这一方面,训练不足或不注意细节可能会对实验动物产生无意的不良影响,并导致结果混乱。
给实验动物服用物质通常是实验设计的关键组成部分。给药物质可能包括:传染病病原体;各种治疗方法,如疫苗接种、抗菌剂、药物、麻醉剂和止痛药;化学测试试剂;放射造影剂;电解质和其他流体;以及营养支持。由于物质可能会重复给药于同一动物或同一研究中的多只动物,因此在计划实验和动物护理和使用委员会审查方案时,给药方法是一个重要的考虑因素,也是改进研究对象治疗的重要机会。向动物输送物质的具体考虑因素很多,包括治疗剂或化学剂的吸收、分布、代谢和排泄等因素;给药途径、给药量和给药频率;治疗持续时间;待给药物质的pH、稳定性、均匀性和渗透压;选择用于递送不能以固体或颗粒状态施用的物质的载体或溶剂;溶液制备,包括非肠道给药时对无菌性的考虑;以及特定递送途径所需的给药装置和动物约束装置。此外,研究团队应意识到与药物给药相关的潜在不良影响,以避免与研究设计的其他方面混淆,并允许准确解释研究结果。
1 给药方式
决定所选途径的一个关键因素是,该药物是用于局部还是全身(肠内:通过消化道,还是肠外:消化道外)。肠外给药方法通常产生最高的物质生物利用度,因为这些方法避免了肝脏代谢的首过效应,而肝脏代谢通常发生在口服给药的化学品和疗法中。肠外途径也避免了一些与肠内吸收过程相关的不可预测性。此外,监管要求可能会影响特定途径的选择,这取决于研究的目的(例如,非临床安全性测试,其中给动物的给药途径应与给人类的预计给药途径非常相似)。
在实验室物种中,许多常用的给药策略需要镇静或全身麻醉。在选择给药途径以完善程序时,应考虑使用此类操作,以减少对动物的侵入性或厌恶性。此外,每种途径都有优缺点,应根据最终效果加以考虑,最终选择的途径将显著影响该物质的药代动力学。
例如,纳洛酮是一种强效的阿片类拮抗剂,它就是给药途径的药代动力学效应的例证。静脉注射纳洛酮可以迅速逆转阿片类药物引起的中枢神经系统抑郁,但当肠道注射时,该药物可以用于治疗阿片类物质引起的肠道淤滞,而不会对抗全身注射阿片类的镇痛作用。
1.1 物质可以口服或直接灌胃;
肠内给药:在实验动物医学和研究中,将物质直接放入口腔,混入饮食或其他食品中,或通过口胃或鼻胃灌胃给药是很常见的。通过灌肠或栓剂经直肠给药在动物中比在人类中更不常见。口服途径经济、方便、相对安全,但由于个体对口味的偏好、适口性问题和行为随时间的变化,这种给药技术在所有动物或剂量组或长期研究中可能并不可靠。对于正在进行安全性测试的物质,口服给药模仿了人类最常用的物质给药模式。当将物质直接放入口腔时,重要的是要确保含有测试材料的片剂或明胶胶囊放在口腔深处,并确保动物吞咽,以确保收到全剂量。给药的胶囊或片剂的数量和大小应与给药动物的大小成比例,以尽量减少反流。Gavage(食道或胃)通常用于研究环境,而不是将物质混合在水或食物中,以确保动物的精确剂量。
选择合适的管尺寸进行口胃或鼻胃灌胃,对于在优化物质输送的同时最大限度地减少不适非常重要。鼻导管通常用于兔子的肠内营养和非人类灵长类动物的剂量给药,通常包括3至8个法式软橡胶儿童喂养管。为了最大限度地减少不适,可以在导管末端放置少量的利多卡因凝胶,或者在将导管引入腹内侧道之前,将一滴0.5%盐酸丙卡因眼用溶液直接放置在鼻孔中。
口服剂量的限制可能包括与肠外给药相比作用开始较慢、肝脏对通过该途径代谢的那些物质的潜在显著的首过效应降低、由于化学极性或通过摄入干扰影响吸收。或者由于适口性差或局部刺激、消化道缺乏全身吸收、消化酶和酸对物质的降解,以及无法在昏迷或有临床显著腹泻或呕吐的动物中使用这一途径,导致自愿食用依从性差。研究人员应在研究开始前进行培训和实践,以最大限度地减少与该技术相关的不良事件,并确保在实验动物中准确、快速、人道地进行该技术。
1.2 输送到血管中(静脉内)
静脉给药途径是将物质输送给动物的最有效方式,因为它绕过了溶质吸收的需要。使用这种方法,可以在急性或慢性的基础上,以推注或直接输注的方式将物质注入血管。精密电子输液泵配有警报以指示流量中断,微滴输液器用于确保许多物质的准确慢性静脉输送;然而,近年来,成本较低的精密和弹簧操作的一次性泵已可用于此目的,并且可能代表实验性静脉内物质递送的更经济的替代方案,这取决于待施用材料的性质和治疗的持续时间。
尽管液体和肠外营养通常在几个小时或几天内连续输注,但通过静脉途径给药其他物质的决定通常取决于该物质的药代动力学,以及最大耐受剂量、需要给药的时间间隔(称为给药强度),以及需要最小化所给药物质中峰值和谷值血液水平的变化。实际的技术涉及经皮静脉注射皮肤的无菌准备或物质给药血管的手术暴露。应避免有意动脉内给药,仅在特定的实验条件下使用,因为这种途径可能会出现严重并发症,包括失明、脑血管中风、永久性运动障碍,给出了静脉注射和输注物质的建议部位和体积。
静脉注射或骨内注射的物质必须无菌输送,并且应无菌;不含可能诱发异物栓塞的颗粒物;对血管内皮的刺激最小,以防止血管炎和血栓形成,对红细胞的刺激最小。某些油性物质,如cremaphor,以及各种醇类、表面活性剂和其他载体和赋形剂,在静脉注射时可能会引起溶血;应尽可能避免使用这些物质,或首先在体外进行安全性评估。移除导管或针头时,必须仔细控制止血,以最大限度地减少失血和疼痛的血肿形成。当长期给予液体或输液时,应密切监测动物是否有液体过载和肺水肿的迹象,如呼吸困难和发绀。长期植入的导管和血管入口需要定期清洁和维护,以确保通畅并防止感染。
设计需要单次或多次静脉注射治疗的实验的研究人员应考虑可能提高动物舒适度的技术改进,包括使用尽可能小的针头或导管以最大限度地减少注射创伤,使用蝶形针进行单次注射以最大程度地减少血管周围创伤,用于动物舒适和运动自由的留置导管和血管进入口,在放置针头之前使用局部麻醉剂乳膏和软膏以最大限度地减少注射疼痛,以及外部泵组以最大限度减少与栓系相关的动物运动限制。
1.3 递送到皮肤上、进入皮肤下或穿过皮肤或进入肌肉(分别为经皮、皮内、皮下、透皮和肌内给药)
物质的不同皮肤给药途径。肌内(IM)、静脉(IV)、皮下(SC)和皮内(ID)途径。
1.3.1 经皮给药
一些物质可以直接给药到皮肤表面(经皮给药),以达到局部效果。物质通过皮肤进入全身循环(即经皮或透皮给药)的吸收程度取决于:物质应用的表面积;所施用物质的浓度;材料或载体的脂溶性;皮肤表面是否完整;施用部位的皮肤厚度;材料与皮肤表面接触的时间长度;以及皮肤水合和表面闭塞的程度,因为覆盖和充分水合的皮肤比未覆盖或干燥的皮肤更快地吸收物质。对于鱼类,可以建造专门的腔室,使皮肤或鳃暴露于测试物质。当将物质局部给药于哺乳动物的皮肤时,修剪上覆的头发以最大限度地减少毛垫并最大限度地接触待施用的材料,并且在施用之前清洁皮肤表面。物质通过表皮的吸收通过细胞旁和跨细胞机制进入角质层、棘层,然后进入皮肤的基底层,后来进入真皮,以及通过毛囊和附属腺进入皮下空间。必须小心,避免将腐蚀性或刺激性物质直接涂抹在皮肤上,某些物质可能会引起局部致敏反应。当局部给药时,应考虑潜在的全身毒性,特别是当该部位易于修整时。更频繁地在皮肤上涂抹薄层乳膏或软膏可能更有效,全身毒性的可能性比不频繁地涂抹较厚的薄层更小。
通常通过贴片将材料故意涂抹在皮肤表面,以通过上皮屏障吸收到系统循环中。通常,这种方法会产生非常恒定的血液中所给药物质的水平。经皮给药是其他胃肠外途径的一种有吸引力的替代方案,避免了重复的动物约束、疼痛的注射和尖锐物的危险。此外,如果需要中断给药或注意到不良反应,可以很容易地从皮肤表面去除材料。物质的经皮递送可能是急性或慢性的。皮肤是为局部递送而准备的。当使用透皮给药系统时,必须根据物质吸收的药代动力学,在需要产生所需效果之前应用药剂和给药系统(例如贴片)。该产品的使用方式应保护其免受摄入和污染,并且应了解动物无意摄入后的毒性迹象。市售的人类透皮产品可能很难在动物身上使用,因为在成人使用的产品中浸渍的物质剂量要大得多。不建议切割透皮贴剂以减少给药剂量;然而,可以使用覆盖贴片的一部分以限制物质给药。应密切观察动物的毒性,对于局部给药方法,使用透皮产品可能会随着时间的推移而引起皮肤过敏。必须防止动物取出和摄入贴片。
1.3.2 皮下给药
非刺激性物质可以皮下给药,这是一种快速、廉价和简单的胃肠外物质给药方法。与其他胃肠外途径相比,皮下给药的物质通常以较慢的速度吸收,从而提供持续的效果。吸收的确切机制尚不清楚,但被认为是由于皮下的小毛细血管吸收了皮下的大分子,淋巴吸收最小皮下输送的物质可以是水性或油性液体、用于缓慢吸收的油性物质库、固体颗粒、或注射到适当大小的渗透微型泵或其他可植入泵中,随后通过手术将其插入皮下中。由于皮下空间在很大程度上是一个虚拟空间,它可以成为小型或脱水动物大容量液体输送的绝佳场所,避免了直接静脉给药时出现的技术困难和问题,如液体过载和肺水肿,因为多余的皮下液体会迅速通过肾脏排出。与静脉注射相比,皮下注射是一种易于掌握的途径;然而,应监测人员的培训和能力,以确保物质的准确输送,并避免无意中的静脉注射。应该仔细考虑使用合适尺寸的针头,以及无菌的注射技术。选择注射部位的皮肤应松弛,以尽量减少不适,针头应以浅角度插入,以尽量减轻对下方组织的损伤。在注射前,将小规格针头穿过厚橡胶塞填充连接的注射器可能会使针尖变钝,加剧注射的不适感。皮下注射的受污染物质通常会导致脓肿的形成。不慎皮下注射是皮内注射的常见并发症,皮内注射成功需要小而锋利的针头。
1.3.3 肌肉内给药
在大型动物和人类中,肌肉内给药是一种常见的胃肠外途径,但在较小的物种中,由于肌肉质量减少,通常会避免给药。通常,肌肉内注射会导致物质的均匀快速吸收,因为血管供应丰富。肌肉内给药比皮下给药体积更小。肌肉注射技术比皮下注射需要更多的技巧,并且只能由训练有素的人员进行。肌肉内注射刺激性物质或无意中注射神经可能导致麻痹、麻痹、肌肉坏死和局部肌肉脱落。重复注射可能导致肌肉炎症和坏死。用肌肉内途径输送物质的其他注意事项和注意事项与皮下途径相似。
1.4 给药至腹膜腔(腹膜内)、直接给药至骨髓腔(骨内);
腹膜内给药:在实验室啮齿类动物中,向腹腔注射物质是一种常见的技术,但在大型哺乳动物和人类中很少使用。腹膜内注射用于静脉注射具有挑战性的小物种,它可以用于安全地给予大体积的液体,或者作为外科植入预加载渗透微型泵的储存点。腹膜内递送的物质的吸收通常比静脉注射慢得多。尽管腹膜内给药被认为是一种胃肠外给药途径,但腹膜内给药剂的药代动力学与口服给药后的药代学更相似,因为主要的吸收途径是进入肠系膜血管,这些物质排入门静脉并穿过肝脏。因此,腹膜内给药的物质可能在到达体循环之前经历肝脏代谢。此外,少量腹膜内注射物可能直接穿过横膈膜,穿过小的腔隙,进入胸部淋巴。
在哺乳动物中,腹膜内给药通常是在清醒的动物身上进行的,方法是使用牢固的手动约束,头部和身体向下倾斜,将内脏从腹侧腹部表面移开。啮齿类动物的注射是在远离中线的右下腹部象限进行的,以避免无意中注射到膀胱或盲肠中。注射前可以取出注射器柱塞,特别是在针座中寻找尿液、血液或消化物;如果看到这些液体,应在注射前取出、更换针头并重新定位。最常见的错误是以过大的角度穿刺皮肤,导致皮下给药而不是腹膜内给药。对于鱼类的腹膜内注射,动物被限制在平坦的表面上,针头应该沿着中线进入,就在骨盆鳍的前面。较大的鱼类可能需要镇静或轻度麻醉才能进行适当的抑制。
腹膜内注射的材料应该是无菌的、等渗的和无刺激的。腹膜内注射的刺激性物质可能会在啮齿类动物中引起疼痛的回肠和腹膜炎,并随后发生粘连。这一缺陷的典型表现是在大鼠腹膜内注射未稀释的水合氯醛的影响。在浓度较低的溶液中注射相同剂量的水合氯乙醛可以避免腹膜刺激,并且该技术可以用于其他潜在刺激性物质。尽管从技术上讲,这是一个简单的程序,但应监测人员的培训和能力,以确保物质的准确输送,并避免无意中的脑管内或囊内注射。
骨内给药物质,特别是结晶液,用于人类儿科医学和紧急鸟类和兔子医学,作为静脉容量不足、静脉无法进入或塌陷的患者静脉注射途径的替代品。髓腔包含直接进入中心静脉循环的非收缩性静脉窦,通常在注射后立即可检测到骨内给药的物质管理该技术在没有高级训练的情况下很难实施,并且具有潜在的侵袭性,有相当大的术后骨髓炎、脂肪栓塞、医源性骨折和生长板损伤以及疼痛的风险。骨内给药通常在完全麻醉的动物中进行。
1.5 喷入鼻腔以通过鼻粘膜吸收或喷入肺部(鼻内);
动物通常在鼻内和气管内递送时服用镇静剂或麻醉,以尽量减少挣扎和打喷嚏。与其他途径相比,鼻内给药量较小,以最大限度地减少窒息和死亡的可能性。该技术可能对有鼻炎或结膜炎症状的动物无效。在麻醉动物中,鼻腔内给药操作简单。通过这种途径给药的物质应该是无刺激的,以尽量减少打喷嚏、治疗后鼻炎和鼻出血。
鼻内技术可用于局部(例如,疫苗接种或减充血喷雾剂)或全身递送物质。鼻腔粘膜排列成行,血管丰富,可能导致物质快速吸收和随后的全身效应,避免了口服给药时出现的肝首过效应。鼻内给药物质的血液药物水平可能接近静脉给药后的水平,并且小的亲脂性分子通过这种途径比大分子量或高极性物质更快地被吸收。
肺有一个大的表面积,由密集的毛细管网络提供,使该部位的吸收迅速。肺内给药是给鱼服用药物的最常见途径。通过这种方法,物质被溶解在放置鱼类的静态或流通的水生系统中。物质通过鳃被迅速吸收,鳃中有丰富的毛细血管,导致全身吸收。由于整条鱼都浸没在水槽中,溶解的物质不应具有腐蚀性或刺激性,以最大限度地减少皮肤和眼睛损伤。
1.6 直接气管滴注(气管内)或吸入输送至肺部;
通过气管内滴注或吸入完成对其他物种的肺内递送。气管内滴注是一种更容易的递送方法,需要较少的专业设备和知识;然而,这种途径通常不如吸入技术在确保肺部接触某种物质方面有效。气管内滴注包括将小体积的溶液直接注射到麻醉动物的气管中,并导致材料在相对较小体积的肺上快速但局部且不均匀地分布。气管内给药的体积必须小,以避免窒息。那些进行气管内技术的人应该能够为正在接受治疗的物种插管,或者可以使用外科切割暴露气管进行直接注射。
吸入输送通常使用蒸汽(例如挥发性麻醉气体)或溶液中雾化颗粒的气溶胶。动物对这种递送方法有意识,并在使用或不使用专用鼻罩的情况下受到约束,以优化递送。气溶胶给药的物质通过重力沉降、惯性撞击或扩散沉积。根据经验,较大的颗粒通过重力沉降和惯性撞击沉积在气道中,而较小的颗粒通过扩散进入远端肺泡间隙。直径小于3µm的颗粒穿透肺泡,直径为3至5µm的粒子均匀分布在整个肺部。沉积在口咽、气管近端或气道中的物质将通过粘液纤毛器沿气管向上输送,进入口腔,并在吸收后吞咽,随后产生第一次通过效应。此外,必须考虑溶剂和推进剂的影响,因为蒸发可能会导致颗粒大小变化。通过这种途径给药的物质应该是无刺激的,以尽量减少咽部水肿、支气管痉挛、过敏反应、急性死亡和慢性肺纤维化。实验开始前,动物应接受约束装置和鼻罩的调节。
1.7 进入大脑(脑内)或硬脑膜周围的空间或远端脊髓周围的空间(分别为硬膜外和鞘内);
鞘内或硬膜外给药需要相当的技术技能和麻醉、镇痛、脊髓和脊柱解剖的深入知识。这些技术只能由训练有素的人员执行。与小动物硬膜外给药相关的不良事件包括注射部位毛发再生时间延长、瘙痒、尿潴留、恶心、呕吐以及长期严重的呼吸抑制。
1.8 滴入或滴入眼睛(分别为经角膜或眼内);
2 给药时间
关于动物每天一次给药的另一个考虑因素是它们的时间生物学或昼夜节律。根据实验的目的和目的,可能需要仔细考虑物质给药的时间,例如,在动物系统代谢最活跃或最不活跃时给药,以诱导或最小化毒性。
3 与给药途径相关的不良反应
3.1 灌胃相关的不良反应
任何给药方法都有固有的潜在副作用。对于肠内给药,并发症取决于给药方法:强制喂食、起球、食物中给药或灌胃。如果胃充满过多,经口灌胃会导致被动反流、吸入性肺炎、咽部、食道和胃部刺激或损伤,并形成狭窄、食道和胃破裂和压力。即使使用小容量,也有人认为多达三分之一的灌胃小鼠会发生微吸气,导致在胃肠道外检测到放射性标记的颗粒。高粘性物质会影响抽吸风险和对灌胃程序的全身应激反应,而油性载体会增加两者的可能性。高粘性物质难以通过小直径给药针或导管输送,应予以稀释,只要可能,为了便于管理。
没有灌胃习惯的情况下,大鼠和小鼠在灌胃后1小时内血压和心率升高,血清皮质酮水平升高。在实验性灌胃前一周反复短暂约束会降低大鼠对灌胃程序的生理反应。通常,啮齿类动物会很快适应反复灌胃,小鼠灌胃第二天后皮质酮水平恢复到基线。大鼠经口灌胃第三天心率和血压恢复正常。此外,小鼠皮质酮水平的升高可以通过在灌胃前将灌胃针浸入蔗糖溶液来缓解。使用软管也可以减少不良反应。在大鼠中,如果使用软管饲管(聚四氟乙烯)代替不锈钢给药针,心率和血压的变化会降低。软管递送药物的一个潜在缺点是动物可能会咬破管。灌胃前的镇静不一定是一种改进,可能会干扰药代动力学测量。经口灌胃用氟烷短暂麻醉的大鼠胃滞留时间延长。尽管在引用的研究中没有临床意义,但物质的不完全胃滞留会导致不同的吸收率和免疫刺激,从而影响研究结果。
3.2 肠内给药相关的不良反应
肠内给药的其他方法包括将物质与食物、食物或水喷洒或混合,以及通过使用注射器或药丸将物质直接引入口腔。当物质与食物或水混合时,如果适口性差或出现味觉厌恶,可能会发生脱水、体重减轻和低效给药。此外,高糖饮食或添加聚乙二醇等膳食柔软剂后,可能会导致牙龈炎、蛀牙和牙齿过度生长。最后,食物和水消耗量存在与菌株相关的变化,因此在使用食物或水中受试物质消耗量的标准估计值时必须谨慎,以避免给药过量或给药不足的动物。在给药前和整个研究过程中获得准确的体重至关重要。
注射器喂食或滴管喂食需要与自然喂食相关的训练和时间安排。这项技术可能很耗时,尤其是在对20多只动物进行研究时。并非所有动物都很容易适应这种给药方法,也不可能在需要严格准确给药的研究中使用这种方法。味觉和味觉厌恶都会影响这种递送方式,类似于将物质混合到食物或水中。直接通过口腔粘膜吸收会影响物质的药代动力学,在采用口服给药途径时应考虑这种影响。
3.3 肌肉注射相关的不良反应
对于常见的胃肠外给药途径,与物质给药相关的并发症包括局部刺激、疼痛、感染和对周围组织的损伤,具体取决于给药的种类、约束方法、途径、体积和物质。通常,在多个注射部位注射较小体积的药物可以最大限度地减少不良反应,并可用于皮下、肌肉内或皮内注射。某些物质会导致特定物种的并发症。例如,完全弗氏佐剂可导致啮齿类动物的肺部肉芽肿,无论给药部位如何。这种反应的潜在机制尚不清楚。
不同的胃肠外给药途径可能与特定的固有并发症有关。肌内注射可导致肌肉坏死或神经炎症,导致受影响区域跛行和自残。据报道,兔子、啮齿动物和其他物种在肌肉注射后会出现脚部疼痛、坏死和自残。根据给药化合物的体积和配方,鼻内注射可能会发生吸入性肺炎和窒息。给药可能不准确,因为动物对鼻内给药经常打喷嚏。深度镇静或轻度麻醉可能是该程序的有用辅助手段,以确保给药的准确性。
3.4 腹腔注射相关的不良反应
腹膜内给药在理论上是一种将物质引入啮齿动物体内的简单方法,但相关的准确性可能值得怀疑。在一项针对大鼠的研究中,有能力的工作人员进行的19.6%的腹膜内注射导致材料被注射到胃肠道、皮下、腹膜后或膀胱中。此外,考虑到许多动物在注射后没有坏死,相关并发症的真实发生率可能被低估了。潜在的并发症包括感染、疼痛、局部刺激和化学性腹膜炎、腹腔内纤维组织和粘连的形成、腹部器官穿孔、出血以及因给药过大而引起的呼吸窘迫或不适。重复给药可能导致累积刺激作用和针头引起的损伤。
3.5 静脉注射相关的不良反应
与腹膜内递送相比,静脉输注方法的并发症更容易出现。无菌是至关重要的,因为静脉注射受污染物质可能导致菌血症和败血症。刺激性化合物的血管外递送可能导致局部软组织损伤、感染、疼痛和组织脱落。在所有物种中,注射含有颗粒物质或与血液混合时沉淀的低pH化合物会导致局部和远处毛细血管床(如耳朵、尾巴、脚趾或肺部的毛细血管床)的血管闭塞、栓塞和血栓形成。静脉内给药时,物质也可能引发溶血、凝血或过敏反应,并且这些并发症可以根据所施用的材料的种类和性质而变化。例如,载体Tween 80在静脉注射给狗而不是啮齿动物时会引起过敏反应。对于涉及多次静脉穿刺和注射的研究,那些评估组织学切片的人应该记住,与导管材料或毛发碎片脱落有关的肺部微血栓或异物肉芽肿在慢性输液研究中并不罕见。
静脉注射的物质的体积应该仔细计算,因为大体积会导致立即的痛苦、肺部和心脏异常以及死亡。可以给药的物质的最大体积取决于给药速率,其中推注给药(超过1分钟或更短)的总体积应小于缓慢输注(5至10分钟)或慢性(连续)输注的总体积。在大鼠中,大体积(40 mL/kg或更大)的液体以缓慢输注(1.0 mL/min)的方式给药会引起临床症状,包括呼吸急促和卟啉色素染色,以及肺部变化的组织学证据。大体积的物质通过推注给药会导致中心静脉压升高、血液稀释、酸碱紊乱和利尿。
对于缓慢或慢性输注,化合物的组成、赋形剂的类型以及受体的年龄、大小和性别可以诱导潜在的并发症。例如,2至3 mL/kg/h的慢性输注速率通常在大鼠中具有良好的耐受性;然而,据报道,在输注速率超过1 mL/kg/h的妊娠大鼠中,胎儿毒性增加。通常,长期输注会导致耗水量减少和体重减轻。慢速或慢性输注率较高(每24小时超过总循环血容量的1至1.5倍)可导致血液稀释和利尿。
3.6 导管相关的不良反应
对于连续输注研究,导管材料的性质可能会影响导管插入术部位的刺激性,当导管长期放置时,这一考虑因素很重要。当使用低流速时,插管血管中物质的局部浓度在靠近导管插入部位的较长时间段内可以更高。再加上通常与植入导管相关的轻度局部炎症,这种较高的浓度可能会导致静脉炎和血管血栓。即使是在快速静脉推注时不会引起静脉炎的物质,在连续输注时也可能引起刺激,因为导管中的背景炎症。
3.7 给药体积相关的不良反应
可以给予的溶液体积随物种、菌株、途径、给药频率、给药速度和溶液成分而变化。例如灌胃给药大体积(20毫升/公斤或更多)的油基配方比水性配方毒性更大。经口灌胃给予大体积(10毫升/公斤以上)可能导致与化合物快速分流到十二指肠有关的吸收变化或与材料被动反流有关的吸入性肺炎皮下、肌肉内和皮内大量注射会导致疼痛、坏死、吸收变化以及注射部位渗漏。给药量也会影响腹膜内给药物质的吸收,更大的给药量会导致疼痛和呼吸困难。
一般来说,静脉内物质输送的最佳实践表明,血容量不应急剧增加超过4%。特殊实践可能需要更大的容量,例如在流体动力学基因输送中,将循环血容量的25%至100%以上的容量用于将基因输送到肝脏。在啮齿类动物中,在不使用病毒载体或其他载体的情况下,通常在5秒内将80至100 mL/kg体重的体积注射到尾静脉中,导致约40%的肝细胞中报告基因的表达水平。在其他物种中尝试的类似方法并不成功。流体动力学基因递送会导致肝脏肿胀和流出道阻塞,这被认为是基因递送的关键。尽管啮齿类动物通常能存活,但这种递送方法有相当大的副作用。血压和心率急剧下降(在小鼠中,从每分钟500到200次心跳),并观察到心电异常。其他方法已被用于最大限度地减少这些普遍影响,包括下腔静脉输送和区域性方法,如直接输送到特定的肝叶或孤立的肌肉群。
3.8 给药期间物质温度的注意事项
在体温或接近体温的条件下服用的物质对动物的副作用较小。腹膜内或静脉注射大量冷物质(低于体温)会引起痛苦和体温过低。腹膜内注射物质的温度会影响局部吸收率。
3.9 昼夜节律相关:给药前喂食和禁食
与不同物种昼夜节律相关的给药时间可能会影响动物的吸收和毒性,并引入不必要的变异性,无论给药途径如何。
例如,在光周期的不同时间测试了几种催眠药物的活性,包括氯胺酮、戊巴比妥、丙泊酚、咪唑安定和乙醇,与早期非活动期(早期光照期)相比,在早期活动期(黑暗期早期)给药的睡眠和麻醉时间更长。在休息期给药的氨基糖苷类药物的毒性比活动期更大。
此外,禁食和缺水会影响许多物质的吸收。禁食的持续时间因物种而异,因为不同物种的胃排空时间差异很大,小鼠和大鼠的胃排空次数明显短于大型动物。
3.10 服用药物时实验对象年龄的考虑
接受实验操作的新生动物可能会发生母体排斥反应。最大限度地减少排斥和同类相残的重要技术包括戴手套以掩盖手部气味,处理幼崽。出于实验目的与母体分离相关的新生儿压力会深刻影响日后的行为指数。然而,当注意使用适合大小、物种和方法的体积时,新生动物可以在早期给药。由于它们正在快速生长,在服用药物之前确定准确的体重至关重要。在啮齿类动物中,最早可以在出生后第1天进行灌胃,尽管等待出生后第4天更为常见。在新生儿中,食道组织非常薄,必须小心使用合适尺寸的设备和正确的技术。通常,对于啮齿动物幼崽的经口灌胃,使用连接到尺寸为10的聚乙烯管上的30号针头。末端经过润滑,可以在待灌胃的材料中添加少量(高达10%)食用色素(对于小鼠幼崽,通常为0.05mL),以允许在给药后立即观察胃内的物质(通过体壁)。对于啮齿动物,可以在出生后第3天开始静脉注射,颈外静脉和颞浅静脉是很容易到达的部位。腹膜内和皮下注射可以尽早进行,尽管需要仔细注意体积,而且由于腹部空间有限,腹膜内注射更困难。施用刺激性物质或大量导致不适的物质可能会对研究结果产生重大影响,因为这两种特性中的任何一种都可能影响幼崽的护理行为,导致它们停止进食。在许多物种中,母鼠会舔食幼崽的粪便和尿液,应考虑幼崽排泄的任何测试物质或其代谢产物对母鼠的影响。
4 实操部分
在动物实验给药之前,首先明确自己的实验动物和实验模型,再用关键字检索文献选择合适的给药方式进行实验设计。
4.1 实验动物给药剂量换算
可能你查到的文献都是小鼠,但实际你要做的是大鼠,但是找不到文献支持,下面策略可以考虑:
汇总好查阅的关于小鼠的给药剂量的文献。
使用常见物种给药剂量的相互换算,如下表 1 所示,根据公式 Animal rat (mg/kg) = Animal mouse (mg/kg) multiplied by (Animal mouse Km/Animal rat Km)。即大鼠体内的给药剂量为小鼠给药剂量的一半 (请注意,严谨起见,设置浓度梯度剂量组)[1]。
4.2 常见的溶剂
PEG300是一种中性的生物相容性亲水聚合物。
Tween 80是一种表面活性剂,可以减少细菌附着并抑制生物膜的形成。
SBE-𝞫-CD是磺基丁基醚-cyclodextrin 衍生物,其用作赋形剂或配制剂以增加难溶性药物的溶解度。
Corn oil是从玉米胚芽中提取出来的一种油,可作为药物分子的载体。
4.3 如何溶解实验药品?
4.3.1 友好溶剂:水或者生理盐水如果选择 PBS 或生理盐水配置,溶解度参考水中的溶解信息,配置好后, 0.22 µm 滤膜过滤,直接使用不可储存。因 PBS 或生理盐水的成分相对复杂,长期储存不确定是否会影响产品活性,所以不建议用 PBS 或生理盐水制备储液。 动物实验时,您可以根据水中的溶解度信息,选择用双蒸水配置 10 倍的储液,使用时 PBS 或生理盐水稀释 10 倍;如果溶解度受限,无法配置 10X 的水中溶解度,需用 PBS 或生理盐水现配现用。
2.2 对于有机溶剂溶解的产品(如 DMSO)正常小鼠可用 DMSO 配置至少 10 倍的储液,使用时加助溶剂稀释 10 倍,做好溶剂对照就可以了。
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引用🔗:
[1] Turner PV, Brabb T, Pekow C, Vasbinder MA. Administration of substances to laboratory animals: routes of administration and factors to consider. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2011 Sep;50(5):600-13. PMID: 22330705; PMCID: PMC3189662.
[2]知乎|MedChemExpress
https://www.zhihu.com/question/593977660/answer/2971035591
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