Application of the intranasal road of administration for delivery of drugs to the central nervous system

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: The development of effective drug delivery to the central nervous system still remains an important problem in pharmacology despite the rapid development of a large number of new treatment strategies in recent years. Recently interest of the intranasal method as delivery route has greatly increased because this method of administration allows to bypass the blood-brain barrier. There is not a single fundamental study comparing intranasal, central and peripheral methods of administration in order to determine the feasibility of using the intranasal route for delivering substances to the brain by far.

AIM: Aim is to study the effect of 6-hydroxydopamine (6-OHDA), a neurotoxin that does not penetrate through the blood-brain barrier by various administrations on the behavior of mice.

MATERIALS AND METHODS: The experiments were performed on 40 outbred female mice weighing 20–25 g. The mice were divided into groups of 10 which were injected with intraventricular, intranasal, intraperitoneal, and intact 6-OHDA. After 21 days, behavioral responses were observed in the Rotarod test, Verticalization, Open Field, and Pole test.

RESULTS: 1. A significant difference was found between animals after intraventricular administration of 6-OHDA and the intact control group when studying the behavior of animals in the “open field” test. 2. The study of coordination activity in the Rotarod test (rotating rod) showed a similar decrease in the retention time on a rotating drum in animals after intranasal and intraventricular administration of 6-OHDA. 3. Only the descent time increased after intranasal administration of 6-OHDA. 4. A significant increase in the motor activity of mice was revealed after intranasal and intraventricular administration of apomorphine in the verticalization test.

CONCLUSIONS: It was concluded that a neurotoxin that does not pass through the blood-brain barrier into the central nervous system penetrates through after intranasal administration.

About the authors

Mariya V. Litvinova

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: Litvinova.mariya@pharminnotech.com
ORCID iD: 0000-0002-2924-7475

Postgraduate Student, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, 12, Akademika Pavlova st., 197022, Saint Petersburg

Eugenii R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8911-6805
SPIN-code: 9408-0799

Cand. Sci. Biol. (Pathophysiology), Head of the Laboratory, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, 12, Akademika Pavlova st., 197022, Saint Petersburg

Andrei A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Sci. Biol. (Pharmacology), Professor, Head of the Laboratory, Department of Neuropharmacology

Russian Federation, 12, Akademika Pavlova st., 197022, Saint Petersburg

Nikolay A. Arseniev

Saint Petersburg State Chemical Pharmaceutical University

Email: nikolay.arseniev@pharminnotech.com

Cand. Sci. Biol. (Biotechnology)

Russian Federation, 12, Akademika Pavlova st., 197022, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

Dr. Sci. (Med.), Professor; Head of the Department of Neuropharmacology

Russian Federation, 12, Akademika Pavlova st., 197022, Saint Petersburg

References

  1. Wu H, Zhou Y, Wang Y, et al. Current state and future directions of intranasal delivery route for central nervous system disorders: a scientometric and visualization analysis. Front Pharmacol. 2021;12:717192. doi: 10.3389/fphar.2021.717192
  2. Chapman CD, Frey II WH, Craft S, et al. Intranasal treatment of central nervous system dysfunction in humans. Pharm Res. 2013;30(10):2475–2484. doi: 10.1007/s11095-012-0915-1
  3. Menardy F, Varani AP, Combes A, et al. Functional alteration of cerebello-cerebral coupling in an experimental mouse model of Parkinson’s disease. Cereb Cortex. 2019;29(4):1752–1766. doi: 10.1093/cercor/bhy346
  4. Furtado D, Björnmalm M, Ayton S, et al. Overcoming the blood-brain barrier: the role of nanomaterials in treating neurological diseases. Adv Mater. 2018;30(46):e1801362. doi: 10.1002/adma.201801362
  5. Costa CP, Moreira JN, Sousa Lobo JM, Silva AC. Intranasal delivery of nanostructured lipid carriers, solid lipid nanoparticles and nanoemulsions: A current overview of in vivo studies. Acta Pharm Sin B. 2021;11(4):925–940. doi: 10.1016/j.apsb.2021.02.012
  6. Lamptey R, Gothwal A, Trivedi R, et al. Synthesis and Characterization of Fatty Acid Grafted Chitosan Polymeric Micelles for Improved Gene Delivery of VGF to the Brain through Intranasal Route. Biomedicines. 2022;10(2):493. doi: 10.3390/biomedicines10020493
  7. Boddu SHS, Kumari S. A Short Review on the Intranasal Delivery of Diazepam for Treating Acute Repetitive Seizures. Pharmaceutics. 2020;12(12):1167. doi: 10.3390/pharmaceutics12121167
  8. Segura-Aguilar J, Paris I, Muñoz P, et al. Protective and toxic roles of dopamine in Parkinson’s disease. J Neurochem. 2014;129(6):898–915. doi: 10.1111/jnc.12686 9
  9. Reybier K, Perio P, Ferry G, et al. Insights into the redox cycle of human quinone reductase 2. Free Radic Res. 2011;45(10):1184–1195. doi: 10.3109/10715762.2011.605788
  10. Willard AM, Bouchard RS, Gittis AH. Differential degradation of motor deficits during gradual dopamine depletion with 6-hydroxydopamine in mice. Neuroscience. 2015;301:254–267. doi: 10.1016/j.neuroscience.2015.05.068
  11. Konnova EA, Swanberg M. Animal models of Parkinson’s disease. In: Parkinson’s disease: pathogenesis and clinical aspects. Stoker TB, Greenland JC, eds. Brisbane (AU): Codon Publications, 2018. P. 83–106. doi: 10.15586/codonpublications.parkinsonsdisease.2018.ch5
  12. Wang Y, Junhua L, Wang X, et al. Electroacupuncture Alleviates Motor Symptoms and Up-Regulates Vesicular Glutamatergic Transporter 1 Expression in the Subthalamic Nucleus in a Unilateral 6-Hydroxydopamine-Lesioned Hemi-Parkinsonian Rat Model. Neurosci Bull. 2018;34(3):476–484. doi: 10.1007/s12264-018-0213-y
  13. Glajch KE, Fleming SM, Surmeier DJ, Oste P. Sensorimotor assessment of the unilateral 6-hydroxydopamine mouse model of Parkinson’s disease. Behav Brain Res. 2012;230(2):309–316. doi: 10.1016/j.bbr.2011.12.007
  14. Yakushina ND, Tissen IYu, Lebedev AA, et al. Effect of intranasal ghrelin administration on the compulsive behavior patterns and the level of anxiety after the vital stress exposure to rats. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2017;15(3):28–37. doi: 10.17816/RCF15328-37

Copyright (c) 2022 Litvinova M.V., Bychkov E.R., Lebedev A.A., Arseniev N.A., Shabanov P.D.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».