Analgesie in der Maus Erkenntnisse aus aktuellen Studien

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1 Analgesie in der Maus Erkenntnisse aus aktuellen Studien Dr. Thea Fleischmann Abteilung Forschung Chirurgie Anästhesie und perioperative Schmerzforschung UniversitätsSpital Zürich

2 Analgesie in der Maus: Bedarf 64% Versuchstiere total in % Mäuse andere Nager andere Säugetiere Vögel, Geflügel Amphibien, Reptilien Fische Wirbellose 423 <1 Schweregrad 0 Schweregrad 1 Schweregrad 2 Schweregrad 3 Mäuse 110' ' '249 8' % 40.6 % 27.8 % 2.4 % Mäuse in SG 2 und SG 3 114' % total Nager in SG 2 und SG 3 133'765 Quelle: Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen, Bern Analgesie in der Maus / 16. Juli

3 Analgesie in der Maus Warum brauchen wir Analgetika? Rechtliche und ethische Vorgaben Tierschutzgesetz Schmerzen und Leiden müssen erkannt und behandelt werden Humane Endpunkte Keine Publikation ohne genau Angaben über Analgesie (e.g. ARRIVE guidelines etc.) Schmerz beeinflusst den gesamten Organismus Kann Studienergebnisse beeinflussen Inakkurate Ergebnisse Erhöhte Varianz Analgesie in der Maus / 16. Juli

4 Analgesie in der Maus Das ideale Analgetikum Gute Analgesie Stressfreie Applikation Lang-anhaltender Effekt Milde Sedation Keine (oder kontrollierbare) Nebeneffekte Mit Anästhetika kombinierbar.. Analgesie in der Maus / 16. Juli

5 Analgesie in der Maus Welches Analgetikum? Design des Experimentes, Beeinflussung des Experimentes durch Analgetika Schmerzgrad Dauer der Schmerzen Spezies, Stamm etc. Applikationsweg, Häufigkeit der Applikation Analgesie in der Maus / 16. Juli

6 Analgesie in der Maus Applikationswege Peroral: Einfach Stressfrei (Ausnahme: Gavage) Im Trinkwasser, Futter etc. Aufnahme nicht kontrollierbar Systemisch: Aufnahme nur i.v. kontrollierbar Ratte +/-, Maus i.m., i.p. s.c. Am häufigsten angewendet Perkutan (Pflaster) Analgesie in der Maus / 16. Juli

7 Analgesie in der Maus Applikations-Intervall Wie oft muss nachgespritzt werden? Stress Applikations Intervall Analgesie in der Maus / 16. Juli

8 Analgesie in der Maus Klassifizierung der Analgetika Opioide Zentrale Wirkung Potente Analgesie Nebenwirkungen: Atemdepression GIT-Stase Pica Verhalten Hyperaktivität Immun-Modulation NSAIDs Periphere Wirkung Entzündungshemmend, fiebersenkend, analgetisch Nebenwirkungen: Thrombozyten-Aggregations-Hemmer Magen-Ulzera, Blutungen im GIT Teils nephrotoxisch Immun-Modulation Analgesie in der Maus / 16. Juli

9 Analgesie in der Maus Klassifizierung der Analgetika Opioide: Buprenorphin (Temgesic ) Morphin (M-retard ) Fentanyl (Durogesic TTS ) Tramadol (Tramal ) Butorphanol (Morphasol ) Codein (Codein) Butorphin (Butorphine TM) NSAIDs: Flunixin-Meglumin (Finadyne ) Meloxicam (Metacam ) Carprofen (Rimadyl ) Diclofenac (Voltaren ) Acetyl-Salicyl-Säure (Aspirin ) Antipyretica: Metamizol (Novalgin ) Paracetamol (Dafalgan ) Analgesie in der Maus / 16. Juli

10 Analgesie in der Maus Ergebnisse aus aktuellen Studien 1) Buprenorphin Injektionen 2) Buprenorphin Sustained Release 3) Buprenorphin im Trinkwasser 4) Tramadol im Trinkwasser 5) Paracetamol im Trinkwasser Analgesie in der Maus / 16. Juli

11 Buprenorphin Buprenorphin (Temgesic ) Pros: Potente Analgesie Lange Wirkdauer Applikation i.v., s.c., p.o., i.p. Cons: Obstipation Immunsuppressiv Langsamer Wirkungseintritt (30-60 min) Verhaltensveränderungen Pica-Verhalten, Selbst-Mutilation Atemdepression Reduzierte Futter- und Wasseraufnahme, Gewichtsabnahme Analgesie in der Maus / 16. Juli

12 Buprenorphin: Dosierungsintervall C. Richardson and P. Flecknell: Anaesthesia and post-operative Analgesia following experimental surgery in laboratory rodents: Are we making progress? ATLA 33, p , 2005 Analgesie in der Maus / 16. Juli

13 1) Buprenorphin per Injektion Injektion: i.p., s.c. 0,05-0,1 mg/kg BW, s.c. Temgesic verdünnt in sterilem NaCL (0.9%), Volumen 2μl/g BW, 0,1 mg/kg Analgesie in der Maus / 16. Juli

14 1) Buprenorphin per Injektion Injektion: i.p., s.c. 0,05-0,1 mg/kg BW, s.c. Temgesic verdünnt in sterilem NaCL (0.9%), Volumen 2μl/g BW, 0,1 mg/kg Serum concentration buprenorphine in ng/ml Target concentration 0.5 ng/ml time Jirkof et al Analgesie in der Maus / 16. Juli

15 1) Buprenorphin: Dosierung und Applikationsroute Injektion: i.p., s.c. 0,05-0,1 mg/kg BW, s.c. Temgesic verdünnt in sterilem NaCL (0.9%), Volumen 2μl/g BW, 0,1 mg/kg Ergebniss: Injektions-Intervall 4-6h! Serum concentration buprenorphine in ng/ml Häufige Fixierung & Injektionen = Stress & Schmerz (Cinelli et al. 2007, Meijer et al. 2006) Target concentration 0.5 ng/ml time Jirkof et al Analgesie in der Maus / 16. Juli

16 Buprenorphin Maus Wirkung hält max. 4-6 Stunden Mehrfache Fixierung und Injektionen -> enormer Stress für das Tier Alternative Applikationswege: Osmotic pumps Sustained Release Trinkwasser, Futter, Gels etc. Analgesie in der Maus / 16. Juli

17 2) Buprenorphin Sustained Release Kontinuierliche und stress-freie Verabreichung Lösliche Kapsel setzt kontinuierlich Wirkstoff frei Nachweislich effektive Blutserum-Konzentrationen Kommerziell bis jetzt nur in den USA erhältlich (Animalgesics for Mice, Animalgesic Labs Inc, Millersville, MD, USA; Buprenorphine HCl CIII SR, Wildlife Pharmaceuticals Inc, Windsor, CO, USA) Analgesie in der Maus / 16. Juli

18 2) Buprenorphin Sustained Release In-house buprenorphine SR formulation, 2.2 mg/kg 48 hours effect Effective in hot plate test & pain scoring after surgery Jirkof et al Analgesie in der Maus / 16. Juli

19 Buprenorphin: Nebenwirkungen Hyperlokomotion, gestörter zircadianer Rhythmus > Überdosierung = Sedation Jirkof et al Analgesie in der Maus / 16. Juli

20 Buprenorphin: Nebenwirkungen Hyperlokomotion, abnormales Verhalten /

21 Buprenorphin Maus Freiwillige Aufnahme über Trinkwasser, Futter o.ä. First pass effect Schlechte Bioverfügbarkeit (3-6%) Neophobie Aufnahme von Fett, Zucker etc.. Unkontrollierte Aufnahme (Zeit, Menge) 10x Injektionsdosis, 1mg/kg Flavored gelatin (Flecknell et al. 1998) Gel delivery systems (Hovard et al. 2015, MediGel Sucralose; ClearH2O, Portland, ME, USA) Nutella (Goldkuhl et al. 2010, Kalliokoski et al. 2011) Standard-Futter (Molina-Cimadevila et al. 2014) Trinkwasser (Jessen et al. 2007) Analgesie in der Maus / 16. Juli

22 3) Buprenorphin Studie Studienziele Pharmakokinetik und Analgesiometrie Buprenorphin Bei Aufnahme im Trinkwasser Bei Aufnahme im Trinkwasser in Kombination mit Injektionen Empfehlung Injektionen: 0,1 mg/kg BW, s.c. Trinkwasser: 1,5 mg / 160 ml Trinkwasser Analgesie in der Maus / 16. Juli

23 3) Buprenorphin im Trinkwasser Wasseraufnahme Baseline Sauer et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

24 3) Buprenorphin im Trinkwasser Wasseraufnahme Baseline BUP im Wasser Sauer et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

25 3) Buprenorphin im Trinkwasser & Injektionen Wasseraufnahme Baseline BUP im Wasser BUP Injektionen & BUP im Wasser Sauer et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

26 3) Buprenorphin im Trinkwasser & Injektionen Wasseraufnahme Baseline BUP im Wasser BUP Injektionen & BUP im Wasser BUP Injektionen & BUP im Wasser Sauer et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

27 3) Buprenorphin im Trinkwasser Plasmakonzentrationen Sauer et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

28 3) Buprenorphin Studie Futteraufnahme Sauer et al Analgesie in der Maus / 16. Juli

29 3) Buprenorphin Studie Ergebnisse Konstante Wasseraufnahme nach Zugabe von Buprenorphin Wasseraufnahme nach OP nicht reduziert Trinkverhalten entsprechend zirkadianem Rhythmus Konstante Plasmakonzentrationen in der Dunkelphase In Hellphase Mäuse teilweise unterhalb der Wirkdosis Applikationsvorschlag: SC Injektionen tagsüber alle 4h plus Buprenorphin im Trinkwasser über 24h Analgesie in der Maus / 16. Juli

30 Tramadol (Tramal ) Pros: Zentral wirksam Moderate-starke Analgesie Analgesie hauptsächlich über Metabolit M1 Geringe Interaktion mit anderen Substanzen Wenig Nebenwirkungen Cons: Kurze Wirkdauer (1-2 h) Analgetische Wirkung controvers diskutiert (Wolfe et al., 2015) Applikation i.v., s.c., p.o., i.p. Analgesie in der Maus / 16. Juli

31 4) Tramadol Studie Studienziele Stabilität im Trinkwasser Pharmakokinetik Tramadol und M1 in verschiedenen Applikationsrouten Beste Applikationsroute für Tramadol in der Maus Analgesie in der Maus / 16. Juli

32 4) Tramadol Studie Material & Methoden Untersuchung der Stabilität im Trinkwasser: Trinkwasser Roche Trinkwasser UZH Zürich angesäuertes Wasser Roche angesäuertes Wasser UZH Zürich Mit Sirup angereichertes Wasser Syrspend Probennahme nach 0, 24, 48, 72 h und 7 Tagen Analgesie in der Maus / 16. Juli

33 4) Tramadol Studie Resultate Stabilität im Trinkwasser Vas et al., accepted Analgesie in der Maus / 16. Juli

34 4) Tramadol Studie Material & Methoden Bolus-Applikationen: i.v., i.p., s.c., per os (Gavage) Dosierung 25 mg/kg; verdünnt in NaCl 0,9% (6.25 mg/ml) Tramadol im Trinkwasser oder Syrspend über 25h Dosierung 25 mg/kg/24h -> 0.6 ml Tramadol in 150 ml Trinkwasser Blutproben für Pharmakokinetik an verschiedenen Zeitpunkten Analgesie in der Maus / 16. Juli

35 4) Tramadol Studie Resultate Plasmakonzentrationen Blutproben nach 5, 15, 30 min, 1h, 2h, 4h Vas et al., accepted Analgesie in der Maus / 16. Juli

36 4) Tramadol Studie Resultate Plasmakonzentrationen Blutproben nach 15 min, 30 min, 1h, 2h, 4h, 7h Vas et al., accepted Analgesie in der Maus / 16. Juli

37 4) Tramadol Studie Resultate Plasmakonzentrationen Blutproben nach 1h, 3h, 7h, 25h Vas et al., accepted Analgesie in der Maus / 16. Juli

38 4) Tramadol Studie Ergebnisse Konstant niedrigere Plasmakonzentrationen in w als in m Halbwertszeit Tramal 2 6h (Abhängig von der Applikationsart) Tramadol stabil in wässrigen Lösungen für bis zu 1 Woche Syrspend Flaschen haben zu stark getropft kein Unterschied zu normalem Trinkwasser Selbst-Administration von Tramal haltigem Trinkwasser (0.20 mg/ml) führte zu konstanten Plasmakonzentrationen Applikationsvorschlag: SC Injektion plus Tramadol im Trinkwasser über 24h Analgesie in der Maus / 16. Juli

39 Paracetamol Dafalgan Pros: Zentral und peripher wirksam Milde Analgesie, fiebersenkend Geringe Interaktion mit anderen Substanzen COX 3 Applikation i.v., s.c., p.o., i.p. Cons: Lebertoxisch Analgetische Wirkung kontrovers diskutiert (Matsumiya et al., 2012; Dickinson et al., 2009) Analgesie in der Maus / 16. Juli

40 5) Paracetamol Studie Studienziele Pharmakokinetik Paracetamol in verschiedenen Applikationsrouten Freiwillige Aufnahme im Trinkwasser Auswirkungen auf Embryotransfer Analgesie in der Maus / 16. Juli

41 5) Paracetamol Studie Material & Methoden 40 weibliche Crl:CD-1 Mäuse Messung Wasseraufnahme Pharmakokinetik Paracetamol in Blutserum Kontrollgruppen: i.p. und per os (Gavage) 15 weibliche Zbz:FM Mäuse Embyro Transfer Messung Wasseraufnahme Analgesie in der Maus / 16. Juli

42 5) Paracetamol Studie Material & Methoden Trinkwasser über 24h (naive Mäuse) und über 48h (Embryo Transfer) Dosierung: 200 mg/kg BW / 24h 28 ml Dafalgan Kinder-Sirup in 212 ml Trinkwasser -> 3.5 mg Paracetamol / 1 ml Trinkwasser Bei angenommener Trinkwasseraufnahme von 3 ml/tag Analgesie in der Maus / 16. Juli

43 Surrogate mothers: mating with vasectomized males medicated water bottle / paracetamol treatment embryo transfer surgery (ET) WI measurement of water intake at 13:00 and 08:00 (i.e. after 5, 24, 48 h) Naïve mice: medicated water bottle / paracetamol treatment WI measurement of water intake at 14:00, 19:00 and 08:00 (i.e. after 6, 11, 24 h) BS blood sampling at 14:00, 19:00 and 08:00 (i.e. after 6, 11, 24 h) Fleischmann et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

44 5) Paracetamol Studie Resultate Wasseraufnahme naive Mäuse Fleischmann et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

45 5) Paracetamol Studie Resultate Wasseraufnahme Embryo Transfer Fleischmann et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

46 5) Paracetamol Studie Resultate Pharmakokinetik Fleischmann et al., 2016 Analgesie in der Maus / 16. Juli

47 5) Paracetamol Studie Schlussfolgerungen Höhere Wasseraufnahme bei Zugabe von Paracetamol-haltigem Sirup Keine Auswirkungen auf Embryo Transfer Halbwertszeit Paracetamol 2h Selbst-Administration von Paracetamol haltigem Trinkwasser (3.5 mg/ml) führte zu konstanten Plasmakonzentrationen über 24 h Applikationsvorschlag: SC Injektion plus Paracetamol im Trinkwasser über 24h Analgesie in der Maus / 16. Juli

48 Vielen Dank! Analgesie in der Maus / 16. Juli