技術文章
Technical articles微針做為一種新興的藥物遞送工具,在近些年的發(fā)展勢頭愈演愈烈。其給藥原理是針尖刺破皮膚最外層角質層后進行藥物遞送,將藥物送到皮下組織發(fā)揮藥效。通常,微針的高度從幾百微米到一千多微米,因為其高度較低,不會觸碰到毛細血管,因此不會出血,幾乎無痛。中空微針做為微針給藥重要的組成部分,也備受關注。中空微針的主要制備工藝是電鍍、激光鉆孔、DRIE和光刻等,其加工過程復雜,耗時,成本高,所用材料大多為硅和金屬,前者的脆性大,有斷裂在皮膚中的風險,二者的生物兼容性也有待驗證,不便于實際應用。此外,上訴工藝大部分屬于標準工藝,對相關參數要求嚴格。針尖形貌有很強一致性,比如參數均相同的圓錐形,針對某些需要不同形貌和高度的應用顯得力不從心,缺乏一定的靈活性。最近較火的高精度3D打印技術看似彌補了相關劣勢,但打印時間長,成本高,非生物兼容,很難實際應用。
近期,北京大學的李志宏教授團隊提出了一種優(yōu)化的微模塑工藝。該團隊首。次提出高精度3D打?。╩icroArch S240,摩方精密)后使用兩次翻模的方法,此方法很好傳承了高精度3D打印的優(yōu)勢,也彌補了其劣勢。通過對微針結構和負模具選材進行優(yōu)化,最終成功制備出不同形貌、高度和內外徑的中空微針(HMNs)。襯底可以根據選材來調節(jié)為柔性或剛性,其厚度可以靈活調節(jié)。銀屑病被生成在小鼠背部,需要口服10倍劑量才能達到中空微針相似的療效,證明此方法制備的中空微針能達到甚至優(yōu)于主流中空微針的療效。相關成果以“Customized flexible hollow microneedles for psoriasis treatment with reduced-dose drug"為題發(fā)表在《bioengineering & translational medicine》期刊上。
圖1.(a)背部長有銀屑病的小鼠。(b)HMNs治療恢復圖。(c)HMNs的爆炸圖和流程圖。
該研究中, HMNs器件圖和整體生物模型圖如圖1所示,器件部分(圖1c)包括兩個主要部分:(1)HMNs貼片,可以根據需求設計成針尖高度、內外徑、形貌均不同的微針尖。(2)背部儲藥池,通過和HMNs貼片相同的工藝制的,其材料也和貼片一致。相同的材料做為“膠水"將二者粘在一起。使用輸液管和注射泵用作外部壓力供給,通過使用穩(wěn)定的流速將藥物遞送到小鼠皮下。HMNs系統(tǒng)使用的是光固化生物兼容的樹脂材料,其原本用于牙齒修補,具有很高的硬度,可輕松刺穿豬皮。為驗證刺入后針孔恢復情況,3名志愿者的胳膊被用作實驗對象,通過直流電阻的變化可看出針孔在30分鐘內恢復?;铙w熒光成像驗證了藥物在10小時內可擴散到整個小鼠背部,體現(xiàn)了極。高的藥物利用率。水流可從每個針孔均勻一致流出,驗證了工藝的穩(wěn)定性。力學測試定量驗證了HMNs在使用前后無損壞。為定性驗證HMNs的針硬度,銀屑病被用作模型,其會使皮膚變紅變厚變硬直至長出銀屑。活體實驗結果充分驗證了材料的硬度和工藝的成功。銀屑病被生成在小鼠背部,使用HMNs進行原位給藥,實驗周期為7天,每天早上進行治療和晚上進行建模,于第8天處死。在考慮到所有變量的影響后,10組被用來進行實驗。通過每日對小鼠皮膚直觀恢復情況、雙層皮厚測量、體重變化、PASI分數等評估,HMNs + MTX 0.2mg/kg和口服 + 2mg/kg的療效相仿,HMNs組的小鼠體重高于口服組,健康程度更好。總之,我們首。次實現(xiàn)兩次翻模工藝制備的HMNs的制備,通過刺入、直流阻抗、活體熒光成像、水流和力學等實驗驗證了工藝的優(yōu)勢性和穩(wěn)定性。通過對銀屑病的治療,驗證了HMNs可以達到甚至優(yōu)于主流微針的療效。因此,HMNs有望應用于更多實際應用中去發(fā)光發(fā)熱。
圖2.(a)3D打印主模具、負模具、樹脂-HMNs和PI-HMNs的表征圖。(b)大片柔性PI-HMNs的不同角度彎曲圖。(c)大片柔性HMNs貼在人體胳膊的不同部位來證明其柔性。(d)樹脂-HMNs的整體圖,水流從每根針孔均勻流出來證明工藝的穩(wěn)定性。
圖3.(a)離體豬皮用來驗證不同形貌的刺入力。(b)圓柱+錐形的樹脂-HMNs被用來進行活體實驗。(c)離體豬皮被用來驗證刺入深度。(d)羅丹明B在10小時內穿過小鼠整個背部。(e)樹脂-HMNs使用前后力學性能幾乎無變化。(f)通過阻抗的恢復可看出人體胳膊的針孔在30分鐘內恢復。
圖4.(a)主要組別的皮膚日長變化。(b)鼠背上的針孔在30分鐘內恢復。(c)所有組雙層皮厚的日常變化。(d)所有組體重的日長變化。
圖5.(a)HE染色、肥大細胞計數和肝腎臟切片分。(b)表皮厚度。(c)肥大細胞計數。(d)脾指數。(e)PASI評分。