如何選擇正確的小鼠給藥方式

動物實驗研究中會用到多種給藥方式，如口服、腹腔注射、靜脈注射、腦內(nèi)注射等，然而，對于生物專業(yè)的孩子，我們常常會不明就里地選擇了實驗室慣用的某種給藥方式，如我們實驗室就經(jīng)常選擇腹腔注射，卻不知所以然。其實這中間藏著大學(xué)問！本期，我們就從藥理、藥代學(xué)角度，為我們生物系的孩子，普及一下選擇給藥方式的原則有哪些？

實驗動物常用給藥方式
實驗動物常見的給藥方式有：口服、靜脈注射、、腹腔注射、皮下注射、肌肉注射、椎管內(nèi)注射、腦室內(nèi)注射、皮內(nèi)注射、淋巴腔注射、鼻腔和舌下給藥等多種。

常見各種給藥方式操作圖（灌胃、腹腔、尾靜脈及腦內(nèi)注射）
1. 口服給藥(po)
l 藥物循環(huán)途徑：食管→胃→小腸→小腸毛細血管（吸收入血）→空回腸靜脈→腸系膜上靜脈→肝門靜脈→肝→肝靜脈→下腔靜脈→右心房→右心室的吸收進入血液循環(huán)；
l 特點：安全方便；經(jīng)胃腸道吸收，并存在胃腸道首過代謝和肝臟首過代謝，有的化合物生物利用率會很低
l 給藥難度：主要指灌胃給藥，操作比較簡單
l 給藥體積：小鼠：0.1-0.8 ml；大鼠：1-3ml
2. 腹腔給藥(ip)
l 藥物循環(huán)途徑：腸系膜上靜脈→肝門靜脈→肝→肝靜脈→下腔靜脈→右心房→右心室的吸收進入血液循環(huán)
l 特點：不存在胃腸道首過代謝，但依然存在肝臟首過代謝，生物利用率較高
l 給藥難度：較簡單
l 給藥體積：小鼠：0.2-0.8ml；大鼠：1-2ml
3. 靜脈給藥（iv）
l 藥物循環(huán)途徑：藥物直接進入血液
l 特點：不存在吸收屏障和首過代謝屏障，生物利用度最高
l 給藥難度：較難
l 給藥體積：小鼠：0.05-0.2ml
4. 皮下注射(sc)和肌肉注射(im)：藥物主要是經(jīng)皮下和肌肉中的毛細血管吸收，吸收沒有靜脈注射完全，但皮下注射和肌肉注射也成功的避開了胃腸道和肝臟首過代謝
l 給藥體積：小鼠：0.05-0.1ml；大鼠：0.1-0.2ml
5. 皮內(nèi)注射（id）: 皮內(nèi)注射是把藥液打入表皮和真皮之間，像一些抗生素的過敏皮試就是皮內(nèi)注射，皮內(nèi)注射吸收較慢
l 給藥體積：小鼠：＜0.05ml；大鼠：＜0.1ml

四種常用注射方式的給藥部位[1]
6. 腦內(nèi)注射： 如上圖根據(jù)腦立體圖譜調(diào)解定位儀坐標，精確注射藥物進入大腦腦室或者大腦特定組織，如海馬體，黑質(zhì)等。
l 特點：直接將藥物注射進腦，跳過了藥物吸收和血腦屏障，保證了藥物入腦量[2]；腦內(nèi)注射給藥體積很小，＜0.03ml

了解了上述各種給藥方式的特點后，在實驗動物研究中，我們該如何選擇呢？
一、 首先，根據(jù)實驗?zāi)康倪x擇
動物實驗大體可以分為藥效實驗、藥代實驗、毒性實驗等。
1. 藥效實驗：多參照所開發(fā)藥物擬采用的臨床給藥方式并結(jié)合生物利用度來選擇；如靜脈和腹腔注射的吸收速度比較快，適合急癥處理。
2. 藥代實驗：給藥方式多考慮是要研究哪一塊的生物利用度來考慮，如你要研究口服生物利用度就選用動物灌胃給藥，要研究腹腔給藥生物利用度就采用腹腔給藥方式；
3. 毒性實驗：分為急性毒性實驗、長期毒性實驗和毒代實驗等。尤其是急性毒性實驗，不同給藥方式對化合物毒性發(fā)揮的影響很大，主要是因為不同給藥途徑具有不同的藥物暴露量和吸收速率。
如下表，為各種給藥方式的生物利用度。靜脈給藥的體內(nèi)暴露量最高，從高到低依次為：靜脈＞腹腔＞肌肉＞皮下＞口服；綜上我們可以結(jié)合生物利用度的差異來選擇合理的給藥方式[3]。

二、 進一步結(jié)合藥物性質(zhì)
主要考慮藥物的溶解性，穩(wěn)定性及毒性等；根據(jù)實驗?zāi)康倪x擇的給藥方式，可能因為藥物性質(zhì)不支持你的給藥方式。如選擇靜脈注射時發(fā)現(xiàn)藥物難以溶解或者口服有較強的胃腸道損傷。
1. 溶解性：藥物常主要包括小分子化合物，天然提取物及中草藥等，藥物理化性質(zhì)的差異常會導(dǎo)致其在介質(zhì)中的溶解性不同。水是最好的試劑，然而很多合成的小分子化合物卻不溶于水，我們就需要找到合適的介質(zhì)。最后參照各種給藥方式可用的劑型。
如下表，為常用給藥方式能夠接受的藥物劑型：

備注：
l 口服給藥：可選的劑型比較多，只要保證藥物是均勻且穩(wěn)定的就可以。
l 靜脈給藥：對劑型要求比較高，需完全溶解的溶液或者藥物顆粒比紅細胞小的多的體系，如水包油的乳劑等[4]，因此不溶的劑型是不能考慮靜脈注射的。
l 腦內(nèi)給藥和皮下注射：，腦內(nèi)和皮下給藥量很小，需結(jié)合給藥量。如同樣的給藥劑量下，腦內(nèi)注射和皮下注射配制的藥物濃度就要高一些，這時候就要考慮到藥物溶解性是否滿足要求。
2. 穩(wěn)定性：如動物體內(nèi)胃腸道是有一定pH值的，有的區(qū)段酸性會很強，如果該化合物具有體內(nèi)pH不穩(wěn)定性就應(yīng)該選擇口服以外的給藥方式。
3. 毒性：如果發(fā)現(xiàn)某藥物口服具有腸毒性時，就可以考慮選擇靜脈等其他給藥方式來避免藥物經(jīng)腸道進行吸收。


三、最后考慮研發(fā)成本和技術(shù)難度
如在實際操作中，化合物篩選初期不會投入過多的經(jīng)費和時間，研究去提高化合物的溶解度等性質(zhì)，因此盡量選擇可以接受的給藥劑型對應(yīng)的給藥方式；另外考慮到技術(shù)難度，如長周期的靜脈注射給藥難以操作的時候，可考慮選擇生物利用度比靜脈差一點又好操作的腹腔給藥來進行實驗。


從新藥研發(fā)角度老說，能口服最好！
如下圖：為2004-2013年FDA批準上市的新型制劑藥物給藥途徑分布圖，其中口服給藥所占的比例最大，為46.61%，其次為注射給藥。


2004—2013年FDA批準的新型制劑藥物給藥途徑[5]
因為口服給藥是最方便、經(jīng)濟、安全的方式，所以占比最大。由此有個說法就是能口服的絕不靜脈，因為靜脈藥物不僅研發(fā)成本比較高，風(fēng)險也大。同樣這個策略也適用于實驗動物，然而并非所有藥物或者病癥都適合口服，在具體實驗研究中我們應(yīng)該選擇最合適的給藥方式。


綜上所述，我們?yōu)榇蠹液唵谓榻B了實驗動物研究中，給藥方式的選擇的一些策略或是原則。本文為自己平時經(jīng)驗總結(jié)，若有出入或者任何問題，歡迎大家提出，互相學(xué)習(xí)。


參考文獻
[1] Turner P V, Brabb T, Pekow C, et al. Administration of substances to laboratory animals: routes of administration and factors to consider[J]. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science Jaalas, 2011, 50(5):600.
[2] Kinoshita M, Mcdannold N, Jolesz F A, et al. Noninvasive localized delivery of Herceptin to the mouse brain by MRI-guided focused ultrasound-induced blood–brain barrier disruption[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(31):11719.
[3] 周玖瑤 曾南. 藥理學(xué)實驗[M]. 醫(yī)藥科技出版社, 2015.
[4] EH Kerns, L Di. Drug-like Properties:Concepts, Structure Design and Methods from ADME to Toxicity Pptimization [M]. Academic Press, 2008.
[5] 聞曉光, 奚鳳德, 陸平,等. 新型制劑的研發(fā)與創(chuàng)新[J]. 科技導(dǎo)報, 2016, 34(11):65-75.