技術(shù)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(shì)頭愈演愈烈。其給藥原理是針尖刺破皮膚最外層角質(zhì)層后進(jìn)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?yàn)槠涓叨容^低,不會(huì)觸碰到毛細(xì)血管,因此不會(huì)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(guān)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(fù)雜,耗時(shí),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(fēng)險(xiǎn),二者的生物兼容性也有待驗(yàn)證,不便于實(shí)際應(yīng)用。此外,上訴工藝大部分屬于標(biāo)準(zhǔn)工藝,對(duì)相關(guān)參數(shù)要求嚴(yán)格。針尖形貌有很強(qiáng)一致性,比如參數(shù)均相同的圓錐形,針對(duì)某些需要不同形貌和高度的應(yīng)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(shù)看似彌補(bǔ)了相關(guān)劣勢(shì),但打印時(shí)間長(zhǎng),成本高,非生物兼容,很難實(shí)際應(yīng)用。
近期,北京大學(xué)的李志宏教授團(tuán)隊(duì)提出了一種優(yōu)化的微模塑工藝。該團(tuán)隊(duì)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(shì),也彌補(bǔ)了其劣勢(shì)。通過對(duì)微針結(jié)構(gòu)和負(fù)模具選材進(jìn)行優(yōu)化,最終成功制備出不同形貌、高度和內(nèi)外徑的中空微針(HMNs)。襯底可以根據(jù)選材來調(diào)節(jié)為柔性或剛性,其厚度可以靈活調(diào)節(jié)。銀屑病被生成在小鼠背部,需要口服10倍劑量才能達(dá)到中空微針相似的療效,證明此方法制備的中空微針能達(dá)到甚至優(yōu)于主流中空微針的療效。相關(guān)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(zhǎng)有銀屑病的小鼠。(b)HMNs治療恢復(fù)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(gè)主要部分:(1)HMNs貼片,可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)成針尖高度、內(nèi)外徑、形貌均不同的微針尖。(2)背部?jī)?chǔ)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(bǔ),具有很高的硬度,可輕松刺穿豬皮。為驗(yàn)證刺入后針孔恢復(fù)情況,3名志愿者的胳膊被用作實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過直流電阻的變化可看出針孔在30分鐘內(nèi)恢復(fù)?;铙w熒光成像驗(yàn)證了藥物在10小時(shí)內(nèi)可擴(kuò)散到整個(gè)小鼠背部,體現(xiàn)了極。高的藥物利用率。水流可從每個(gè)針孔均勻一致流出,驗(yàn)證了工藝的穩(wěn)定性。力學(xué)測(cè)試定量驗(yàn)證了HMNs在使用前后無損壞。為定性驗(yàn)證HMNs的針硬度,銀屑病被用作模型,其會(huì)使皮膚變紅變厚變硬直至長(zhǎng)出銀屑。活體實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分驗(yàn)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(jìn)行原位給藥,實(shí)驗(yàn)周期為7天,每天早上進(jìn)行治療和晚上進(jìn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過每日對(duì)小鼠皮膚直觀恢復(fù)情況、雙層皮厚測(cè)量、體重變化、PASI分?jǐn)?shù)等評(píng)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(shí)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(xué)等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了工藝的優(yōu)勢(shì)性和穩(wěn)定性。通過對(duì)銀屑病的治療,驗(yàn)證了HMNs可以達(dá)到甚至優(yōu)于主流微針的療效。因此,HMNs有望應(yīng)用于更多實(shí)際應(yīng)用中去發(fā)光發(fā)熱。
圖2.(a)3D打印主模具、負(fù)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(yàn)證不同形貌的刺入力。(b)圓柱+錐形的樹脂-HMNs被用來進(jìn)行活體實(shí)驗(yàn)。(c)離體豬皮被用來驗(yàn)證刺入深度。(d)羅丹明B在10小時(shí)內(nèi)穿過小鼠整個(gè)背部。(e)樹脂-HMNs使用前后力學(xué)性能幾乎無變化。(f)通過阻抗的恢復(fù)可看出人體胳膊的針孔在30分鐘內(nèi)恢復(fù)。
圖4.(a)主要組別的皮膚日長(zhǎng)變化。(b)鼠背上的針孔在30分鐘內(nèi)恢復(fù)。(c)所有組雙層皮厚的日常變化。(d)所有組體重的日長(zhǎng)變化。
圖5.(a)HE染色、肥大細(xì)胞計(jì)數(shù)和肝腎臟切片分。(b)表皮厚度。(c)肥大細(xì)胞計(jì)數(shù)。(d)脾指數(shù)。(e)PASI評(píng)分。