DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2024.1430726
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39376917
تاريخ النشر: 2024-09-20
المؤلف: Aylina Glasenapp وآخرون
الموضوع الرئيسي: اختبار الحيوانات والبدائل
نظرة عامة
في هذه الدراسة، قام غلاسناب وآخرون بالتحقيق في الديناميكا الدوائية (PK) وملفات التحمل لجرعات عالية من الكاربرفين الممنوحة عن طريق الحقن تحت الجلد (s.c.) والإدارة الذاتية عن طريق الفم في ذكور وإناث الفئران من سلالة C57BL/6J. تشير النتائج إلى أنه تم تحقيق والحفاظ على تركيزات بلازما علاجية من الكاربرفين بشكل فعال، مع الإبلاغ عن آثار جانبية طفيفة فقط وعدم ملاحظة أي شذوذات نسيجية مرضية.
لاحظ المؤلفون أنه بينما أثر الكاربرفين على علامات السلوك الجانبي للقفص المتعلقة بالألم، يجب أخذ هذا التأثير في الاعتبار عند استخدام هذه المعايير لتقييم شدة الألم. يقترحون أن مراقبة استهلاك الماء اليومي يمكن أن تسهل استخدام الإدارة الذاتية عن طريق الفم للكاربرفين كتحسين على الحقن الوريدية خلال المرحلة بعد الجراحة. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن الكاربرفين بجرعات عالية آمن ويقدم خيارًا واعدًا لاستراتيجيات تخفيف الألم متعددة الوسائط.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الحاجة الملحة لتخفيف الألم الفعال بعد الجراحة في القوارض المخبرية، خاصة بالنظر إلى أن الألم المحيط وبعد الجراحة غالبًا ما يتم إدارته بشكل غير كافٍ. على الرغم من توفر مسكنات الألم، مثل الكاربرفين، إلا أن هناك نقصًا ملحوظًا في بيانات الديناميكا الدوائية (PK) وملفات التحمل الخاصة بالفئران المخبرية، مما يعقد تحسين استراتيجيات إدارة الألم. يُظهر الكاربرفين، وهو دواء مضاد للالتهابات غير ستيرويدي (NSAID)، وعدًا لكل من الحقن تحت الجلد والإدارة الذاتية عن طريق الفم عبر مياه الشرب بسبب استقراره وعدم وجود نفور من الطعم في القوارض. ومع ذلك، فإن المعرفة الحالية حول فعاليته المسكنة، خاصة في سلالة C57BL/6 المستخدمة على نطاق واسع، محدودة.
تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوات من خلال تقديم ملفات شاملة للديناميكا الدوائية وملفات التحمل للكاربرفين بجرعات عالية الممنوحة تحت الجلد ومن خلال مياه الشرب في الفئران من سلالة C57BL/6J. بالإضافة إلى ذلك، تسعى إلى التحقيق في التأثيرات المحتملة للكاربرفين على المؤشرات السلوكية للألم، مثل الجري الطوعي على العجلات والعناية بالنفس، لتمييز بين سلوكيات الألم والسلوكيات المتأثرة بالعلاج المسكن نفسه. هذه الأبحاث ضرورية لتحسين بروتوكولات إدارة الألم وضمان عدم زيادة العلاجات المسكنة بشكل غير مقصود من الضيق بعد الجراحة في الفئران المخبرية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام فئران C57BL/6J للتحقيق في مجموعة متنوعة من المعايير الفسيولوجية والديناميكا الدوائية، مع الحصول على موافقة أخلاقية من المكتب الإقليمي لحماية المستهلك وسلامة الغذاء في نيدرساكسن. تم إيواء الفئران في مجموعات من ثلاثة في بيئة محكومة بدرجة الحرارة مع دورة ضوء/ظلام 14/10 ساعة، وتم تزويدها بنظام غذائي قياسي ومياه مفلترة بحرية. تم تضمين كل من ذكور وإناث الفئران لأخذ الفروقات القائمة على الجنس في الديناميكا الدوائية والسلوك في الاعتبار. أظهرت المراقبة الروتينية للصحة وجود حد أدنى من وجود مسببات الأمراض، وتم استخدام إجمالي 42 فأرًا (21 ذكرًا و21 أنثى) في التجارب، مع وجود مجموعة تحكم متطابقة في العمر.
شمل التصميم التجريبي تقييمًا أساسيًا على مرحلتين (BL1 وBL2) على مدار 10 أيام، تم خلالها تسجيل معايير مختلفة مثل استهلاك الطعام والماء، ووزن الجسم، والاستجابات السلوكية. بعد ذلك، تم إعطاء الحقن تحت الجلد، وتم جمع عينات الدم في فترات محددة للتحليل الديناميكي. تم سحب الدم عبر شق صغير من الوريد الجانبي للذيل، مما يقلل من الضغط على الحيوانات. بعد مرحلة التعافي، تم إعطاء الكاربرفين، وتم أخذ عينات دم إضافية لتقييم التحمل والفعالية المسكنة. في نهاية الدراسة، تم euthanizing الفئران باستخدام استنشاق CO2، وتم إجراء تشريح لتقييم أي شذوذات وإجراء تحليلات نسيجية للأعضاء الرئيسية.
النتائج
تشير نتائج الدراسة حول الديناميكا الدوائية للكاربرفين (PK) في الفئران إلى نصف عمر ملائم وتركيزات بلازما مستقرة بعد كل من الحقن تحت الجلد (s.c.) والإدارة عن طريق الفم. أدت جرعة واحدة تحت الجلد مقدارها 20 ملغ/كغ إلى تحقيق تركيزات بلازما قصوى قدرها 133.4 ± 11.3 ميكروغرام/مل بعد ساعة واحدة، مع نصف عمر الإزالة 8.52 ساعة. ظلت مستويات البلازما فوق العتبة العلاجية البالغة 24.3 ميكروغرام/مل لمدة تصل إلى 24 ساعة بعد الحقن. بالمقابل، حققت الإدارة الذاتية عن طريق الفم للكاربرفين بجرعة 25 ملغ/كغ/24 ساعة تركيزات بلازما مستقرة تقريبًا 60 ميكروغرام/مل خلال 24 ساعة، مع وصول المستويات القصوى إلى 93.0 ± 30.6 ميكروغرام/مل بعد هذه الفترة. من الجدير بالذكر أن كل من ذكور وإناث الفئران أظهرت زيادة ملحوظة في استهلاك الماء خلال الساعات الأربع والعشرين الأولى من العلاج، مما أدى إلى جرعة الكاربرفين المستهلكة قدرها 43.6 ± 7.2 ملغ/كغ.
أظهرت تقييمات التحمل أن الكاربرفين كان جيد التحمل، مع ملاحظة آثار طفيفة فقط على قوة القبضة والحركة. لوحظت الإثارة أثناء تناول الفم، والتي تميزت بزيادة في الصوت ورفع الذيل، بينما أظهرت درجات التنسيق والتهدئة زيادات طفيفة بعد الحقن. ظلت درجة حرارة الجسم مستقرة بعد الإدارة تحت الجلد ولكنها زادت بشكل ملحوظ خلال العلاج عن طريق الفم. أشارت الدرجات السريرية إلى زيادات عابرة طفيفة في بعض الفئران، ولم يتم ملاحظة أي تهيج جلدي بعد الحقن تحت الجلد. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن الكاربرفين فعال وجيد التحمل في نموذج الفئران هذا، مع تداعيات لاستخدامه في إدارة الألم.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الديناميكا الدوائية (PK)، والتحمل، وتأثيرات الكاربرفين على السلوك في الفئران الصحية من الذكور والإناث من سلالة C57BL/6J. كانت خطة الجرعات تعتمد على توصيات الخبراء، حيث حققت حقنة تحت الجلد (s.c.) مقدارها 20 ملغ/كغ تركيز بلازما قصوى (C_max) خلال ساعة واحدة ونصف عمر إزالة (t_1/2) قدره 8.52 ساعة. ظلت تركيزات البلازما فوق العتبة العلاجية لمدة تصل إلى 24 ساعة بعد الحقن. بالإضافة إلى ذلك، كان الكاربرفين الممنوح عبر مياه الشرب (d.w.) بجرعة مستهدفة قدرها 25 ملغ/كغ/24 ساعة جيد التحمل، مما أدى إلى تركيز بلازما مستقر خلال 24 ساعة.
أشارت التقييمات السلوكية إلى أنه بينما أظهرت الفئران الذكور انخفاضات ملحوظة في نشاط الجري الطوعي على العجلات خلال فترة العلاج، ظلت سلوكيات الحفر والتعشيش مستقرة عبر الجنسين. من الجدير بالذكر أنه لم يتم ملاحظة أي تأثيرات مسكنة ملحوظة في اختبار غمر الذيل في الماء الساخن بعد إعطاء الكاربرفين. كشفت التحليلات الدموية الشاملة والفحوصات النسيجية عن عدم وجود آثار سلبية على صحة الأعضاء، على الرغم من أن بعض المعايير الدموية، مثل عدد اللمفاويات ومستويات الهيموجلوبين، كانت أقل بشكل ملحوظ في الفئران المعالجة بالكاربرفين مقارنة بالمجموعة الضابطة. بشكل عام، تدعم النتائج استخدام الكاربرفين لإدارة الألم في الفئران المخبرية مع تسليط الضوء على الحاجة إلى مراقبة دقيقة للآثار الجانبية المحتملة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2024.1430726
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39376917
Publication Date: 2024-09-20
Author(s): Aylina Glasenapp et al.
Primary Topic: Animal testing and alternatives
Overview
In this study, Glasenapp et al. investigated the pharmacokinetics (PK) and tolerability profiles of high doses of carprofen administered via subcutaneous (s.c.) and oral self-administration in male and female C57BL/6J mice. The findings indicate that therapeutic plasma concentrations of carprofen were effectively achieved and sustained, with only minor side effects reported and no histopathological abnormalities observed.
The authors noted that while carprofen influenced cage-side behavioral markers of pain, this effect must be considered when using these parameters to evaluate pain intensity. They suggest that monitoring daily water consumption could facilitate the use of oral self-administration of carprofen as a refinement over parenteral injections during the post-operative phase. Overall, the study concludes that high-dose carprofen is safe and presents a promising option for multimodal analgesic strategies.
Introduction
The introduction highlights the critical need for effective post-operative pain relief in laboratory rodents, particularly given that peri- and post-operative pain is often inadequately managed. Despite the availability of analgesics, such as carprofen, there is a notable lack of pharmacokinetic (PK) and tolerability data specific to laboratory mice, which complicates the refinement of pain management strategies. Carprofen, a non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID), shows promise for both subcutaneous injection and oral self-administration via drinking water due to its stability and lack of taste aversion in rodents. However, existing knowledge about its analgesic efficacy, particularly in the widely used C57BL/6 strain, is limited.
The study aims to address these gaps by providing comprehensive PK and tolerability profiles for high-dose carprofen administered subcutaneously and through drinking water in C57BL/6J mice. Additionally, it seeks to investigate the potential effects of carprofen on behavioral indicators of pain, such as voluntary wheel running and grooming, to distinguish between pain-related behaviors and those influenced by the analgesic treatment itself. This research is essential for optimizing pain management protocols and ensuring that analgesic therapies do not inadvertently increase post-operative distress in laboratory mice.
Methods
In this study, C57BL/6J mice were utilized to investigate various physiological and pharmacokinetic parameters, with ethical approval obtained from the Niedersächsisches Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit. Mice were housed in groups of three in a temperature-controlled environment with a 14/10 h light/dark cycle, provided with standard diet and filtered water ad libitum. Both male and female mice were included to account for sex-based differences in pharmacokinetics and behavior. Routine health monitoring revealed minimal pathogen presence, and a total of 42 mice (21 males and 21 females) were used for the experiments, with additional age-matched controls.
The experimental design involved a two-phase baseline assessment (BL1 and BL2) over a total of 10 days, during which various parameters such as food and water consumption, body weight, and behavioral responses were recorded. Following this, subcutaneous injections were administered, and blood samples were collected at specified intervals for pharmacokinetic analysis. Blood was drawn via micro-incision from the lateral tail vein, minimizing stress to the animals. After a recovery phase, carprofen was administered, and further blood samples were taken to assess tolerability and nociceptive efficacy. At the conclusion of the study, mice were euthanized using CO2 inhalation, and necropsies were performed to evaluate any abnormalities and conduct histological analyses of key organs.
Results
The results of the study on carprofen pharmacokinetics (PK) in mice indicate a favorable half-life and stable plasma concentrations following both subcutaneous (s.c.) injection and oral administration. A single s.c. dose of 20 mg/kg resulted in peak plasma concentrations of 133.4 ± 11.3 µg/ml after 1 hour, with an elimination half-life of 8.52 hours. Plasma levels remained above the therapeutic threshold of 24.3 µg/ml for up to 24 hours post-injection. In contrast, oral self-administration of carprofen at 25 mg/kg/24 h achieved steady-state plasma concentrations of approximately 60 µg/ml within 24 hours, with maximum levels reaching 93.0 ± 30.6 µg/ml after this period. Notably, both male and female mice exhibited significantly increased water intake during the first 24 hours of treatment, leading to an ingested carprofen dose of 43.6 ± 7.2 mg/kg.
Tolerability assessments revealed that carprofen was well-tolerated, with only minor effects observed on grip strength and locomotion. Excitation was noted during oral intake, characterized by increased vocalization and tail elevation, while coordination and sedation scores showed slight increases post-injection. Body temperature remained stable after s.c. administration but increased significantly during oral treatment. Clinical scores indicated minimal transient increases in a few mice, and no skin irritation was observed following s.c. injection. Overall, the findings suggest that carprofen is effective and well-tolerated in this mouse model, with implications for its use in pain management.
Discussion
In this study, the pharmacokinetics (PK), tolerability, and effects of carprofen on behavior were evaluated in healthy male and female C57BL/6J mice. The dosing regimen was based on expert recommendations, with a subcutaneous (s.c.) injection of 20 mg/kg achieving peak plasma concentration (C_max) within one hour and an elimination half-life (t_1/2) of 8.52 hours. Plasma concentrations remained above the therapeutic threshold for up to 24 hours post-injection. Additionally, carprofen administered via drinking water (d.w.) at a target dose of 25 mg/kg/24 h was well-tolerated, leading to a steady-state plasma concentration within 24 hours.
Behavioral assessments indicated that while male mice exhibited significant reductions in voluntary wheel running activity during the treatment period, burrowing and nesting behaviors remained stable across both sexes. Notably, no significant anti-nociceptive effects were observed in the hot water tail immersion test following carprofen administration. Comprehensive blood analyses and histological examinations revealed no adverse effects on organ health, although some hematological parameters, such as lymphocyte count and hemoglobin levels, were significantly lower in carprofen-treated mice compared to controls. Overall, the findings support the use of carprofen for pain management in laboratory mice while highlighting the need for careful monitoring of potential side effects.