¿Cómo elegir el método de dosificación correcto para ratones? ¿Gavage vs Intraperitoneal vs Intravenoso? 

Existen varios modos de administración en estudios experimentales con animales, como la vía oral, intraperitoneal, intravenosa, inyección intracerebral, entre otros. Sin embargo, a menudo elegimos un método de administración de fármacos comúnmente utilizado en el laboratorio sin conocer la razón. Por ejemplo, en nuestro laboratorio se elige con frecuencia la inyección intraperitoneal, pero no se sabe por qué. De hecho, ¡hay mucho conocimiento incluido! En este caso, desde la perspectiva de la farmacología y la farmacocinética, se explicarán los principios para elegir el modo de administración.

1. Métodos de administración de fármacos comúnmente utilizados para animales de laboratorio

Los métodos de administración comunes para animales experimentales son: oral, intravenosa, intraperitoneal, subcutánea, intramuscular, intraspinal, intraventricular, intradérmica, linfática, nasal y sublingual...

Diagrama operativo de los diversos métodos comunes de administración de fármacos (respectivamente: gavage, intraperitoneal, intracerebral e inyección en la vena de la cola)

1.1. Administración oral (po)

• Ruta de circulación del fármaco: esófago → estómago → intestino delgado → capilares del intestino delgado (absorción en la sangre) → vena yeyunal → vena mesentérica superior → vena porta hepática → hígado → vena hepática → vena cava inferior → aurícula derecha → ventrículo derecho, absorción en la circulación sanguínea;

• Características: segura y conveniente; absorbida a través del tracto gastrointestinal, con metabolismo de primer paso en el tracto gastrointestinal y metabolismo de primer paso en el hígado, lo que puede resultar en una biodisponibilidad muy baja para algunos compuestos;

• Dificultad de administración: principalmente se refiere al gavage, la operación es relativamente sencilla;

• Volumen de dosificación: ratón: 0.1-0.8 ml; rata: 1-3 ml.

1.2. Administración intraperitoneal (ip)

• Ruta de circulación del fármaco: vena mesentérica superior → vena porta hepática → hígado → vena hepática → vena cava inferior → aurícula derecha → ventrículo derecho, absorción en la circulación sanguínea;

• Características: no hay metabolismo de primer paso en el tracto gastrointestinal, pero aún existe metabolismo de primer paso en el hígado, y la biodisponibilidad es alta;

• Dificultad de administración: relativamente sencilla;

• Volumen de dosificación: ratones: 0,2-0,8 ml; ratas: 1-2 ml.

1.3. Intravenosa (iv)

• Ruta de circulación del fármaco: el fármaco entra directamente en la sangre;

• Características: no hay barrera de absorción ni barrera metabólica de primer paso, y la biodisponibilidad es la más alta;

• Dificultad de administración: difícil;

• Volumen de dosificación: ratones: 0,05-0,2 ml.

1.4. Inyección subcutánea (sc) e inyección intramuscular (im)

El fármaco se absorbe principalmente a través de los capilares subcutáneos e intramusculares. La absorción no es tan completa como en la inyección intravenosa, pero la inyección subcutánea e intramuscular también evitan exitosamente el metabolismo de primer paso en el tracto gastrointestinal y el hígado;

• Volumen de dosificación: ratón: 0.05-0.1 ml; rata: 0.1-0.2 ml.

1.5. Inyección intradérmica (id)

La inyección intradérmica consiste en inyectar el medicamento entre la epidermis y la dermis. Como algunos antibióticos para pruebas alérgicas en la piel, se administra mediante inyección intradérmica, y la absorción de esta es lenta;

• Volumen de dosificación: ratón: <0.05 ml; rata: <0.1 ml.

Sitio de administración para cuatro métodos de inyección comúnmente utilizados[1]

1.6. Inyecciónintracerebral

Como se muestra en la figura anterior, seajustan las coordenadas del localizador de acuerdocon el mapa cerebral estereoscópico, yel fármaco se inyecta con precisión en el ventrículocerebral o en tejidos específicos del cerebro,comoel hipocampo, la sustancia negra, etc.

• Características: Inyecta directamente elfármacoen el cerebro, omitiendo la absorción del fármaco y la barrera hematoencefálica, ygarantiza la cantidad del fármacoque ingresa al cerebro [2]; el volumen de la inyección intracerebral es muypequeño, <0.03 ml.

Después de comprender las característicasde los diversosmodos de administración mencionados, ¿cómo deberíamos elegir en lainvestigación experimental con animales?

2. Elegir segúnel propósito delexperimento

Los experimentoscon animales pueden dividirse en términos generales en experimentos de eficacia, experimentos de farmacocinética, experimentosde toxicidad y experimentos de toxicocinética.

2.1. Experimentofarmacodinámico:El fármaco debe seleccionarse en referencia al método de administración clínica propuesto para el fármaco en desarrollo y susindicaciones; porejemplo, las inyecciones intravenosas e intraperitoneales tienen tasas de absorciónrápidas y son adecuadas para el tratamiento de emergencia.

2.2. Experimentos defarmacocinética:Desde la perspectiva de la biodisponibilidad, si se desea estudiar labiodisponibilidad oral, se debe utilizar elgavage animal, y si se desea estudiar la biodisponibilidad intraperitoneal, sedebe utilizar la administración intraperitoneal.

2.3. Experimentos de toxicidad: Especialmente en experimentos de toxicidad aguda, debido a que diferentes rutas de administracióntienen diferentes exposiciones y tasasde absorción de fármacos, la toxicidad de loscompuestos varía considerablemente.

La siguiente tabla muestra la biodisponibilidad de varios modos de administración. La administración intravenosaes la más alta, seguida por: intraperitoneal > intramuscular > subcutánea > oral; en resumen, podemos elegir un método de administración razonable basado en la diferencia en la biodisponibilidad [3].

3. Combinación adicional delaspropiedades del fármaco

Principalmente se debe considerar la solubilidad, estabilidad y toxicidad del fármaco; el modode administración seleccionadode acuerdocon el propósito del experimento puede no ser compatible con el modo de administración debido a la naturaleza del fármaco. Porejemplo, al elegir la inyección intravenosa, sepuede descubrir que el fármaco esdifícil de disolver o que la administración oral provoca un fuerte daño gastrointestinal.

3.1. Solubilidad:Los fármacos a menudo incluyen compuestosde pequeñas moléculas, extractos naturales y medicinas herbales chinas,etc. Las diferencias en laspropiedades fisicoquímicas de los fármacos a menudoconducen a diferentessolubilidades en los medios. El agua es el mejor reactivo, pero muchos compuestos de pequeñas moléculas sintéticas son insolubles en agua, por lo que necesitamos encontrar un medio adecuado y,finalmente, referirnos a las formas farmacéuticas disponibles para los diversos métodos deadministración.

La siguiente tabla muestra lasformas farmacéuticas aceptables para los métodos de administración comúnmente utilizados:

Observación:

• Administración oral: Existenmuchas formas farmacéuticas opcionales, siempre que el fármaco sea uniforme y estable.

• Administración intravenosa: Existenrequisitos relativamente altos para la forma farmacéutica, como una solución que necesita estarcompletamente disuelta o un sistema en el que las partículas del fármaco sean mucho más pequeñasque los glóbulos rojos, como una emulsión de aceite en agua, etc. [4]; por lo tanto, no se puedeconsiderar una forma farmacéutica insoluble para la inyección intravenosa;

• Inyección intracerebral y subcutánea: Lasdosis intracerebral y subcutánea son pequeñas y necesitan combinarse. Por ejemplo, bajo lamisma dosificación, la concentración del fármaco preparada por inyección intracerebral ysubcutánea será mayor. En este caso, es necesario considerar si la solubilidad del fármacocumple con los requisitos;

3.2. Estabilidad: Por ejemplo, el tractogastrointestinal en los animales tiene un cierto valor de pH, y algunas secciones son muy ácidas. Si el compuesto tiene inestabilidad en pH in vivo, se debe administrar de una manera diferente a laadministración oral.

3.3. Toxicidad: Si se descubre que un fármacotiene enterotoxicidad cuando se administra por vía oral, se pueden considerar otros métodos de administración, como laintravenosa, para evitar la absorción del fármaco a través de losintestinos; la posibilidad de enterotoxicidad de los ingredientes de la medicina tradicionalchina es relativamente alta, por lo que al desarrollar compuestos activos de medicinas tradicionaleschinas se requiere precaución.

4. Finalmente, considerar el costo de I+D y ladificultad técnica

Por ejemplo, en la práctica, en la etapa inicial de la selección de compuestos, no se invertirá demasiado dinero y tiempo en mejorar la solubilidad yotras propiedades del compuesto, por lo que se debe intentar elegir una formafarmacéuticaaceptable correspondiente al método de administración; cuando la administración intravenosa a largo plazo es difícil de operar, se puede considerar elegir la administración intraperitoneal,que tiene una biodisponibilidad ligeramente peor que la intravenosa, para los experimentos.

Desde la perspectiva del desarrollode nuevos fármacos, ¡la administración oral es la mejor!

La siguiente figura muestra la distribución de nuevas preparaciones de fármacos aprobadas por la FDA de 2004 a 2013. Entre ellas, la administraciónoral representó la mayor proporción, con un 46.61%, seguida de la administraciónpor inyección.

Rutas de administración de nuevos fármacos aprobados por la FDA entre 2004 y 2013[5]

Debido a que la administración oral es la forma más conveniente, económica y segura, representa la mayor proporción.A partir de esto,se dice que los fármacos que se pueden tomar por vía oral nunca son intravenosos, porque losfármacos intravenosos no solo tienenaltoscostos de investigación y desarrollo,sinotambién altos riesgos. La misma estrategia también es aplicable a los animales experimentales.Sin embargo, no todoslos fármacos o condiciones son adecuados para la administración oral. Enestudios experimentalesespecíficos, debemos elegir la forma de administración más adecuada.

En resumen, presentamos brevemente algunasestrategias o principios para la selección de métodos de administración de fármacos en la investigaciónexperimental con animales. Este artículo es un resumen de mi experiencia habitual. Si hay discrepanciaso alguna pregunta, estásinvitado a plantearlas yaprender juntos.