微针技术在经皮给药中的应用

微针技术在经皮给药中的应用

经皮用药克服了口服给药的“第一个副作用”，缓解了胃和肝肾药物的副作用，从而避免了给药带来的疼痛和专业护士需要手术的特殊性，因此，经期用药越来越受到重视。早在1979年，美国食品及药物管理局（FDA）批准的第1个东莨菪碱贴片上市，就标志着透皮给药研究进入一个崭新的阶段。但是，由于皮肤角质层的阻碍，仅有一小部分小分子药物可以有效通过皮肤进入体循环产生疗效，大部分药物尤其是大分子药物难以快速、足量地以被动方式穿过皮肤角质层。为改变这一现状，各种利用物理方法促进经皮给药的新技术不断涌现,如离子导入、电致孔、微针、超声导入等，尤其是微针技术的发展。1998年HenryS等首次将微针技术应用于透皮给药领域，使模型药物钙黄绿素的皮肤透过率提高了约1000倍，微针透皮技术迅速成为透皮给药系统的研究热点。微针概念和渗透机制1.针刺促进经皮渗透和入多层结构皮肤微针（microneedles）是采用微电子机械工艺技术(MEMS)制作的，尺寸为微米级，呈针状的复杂结构。微针材料可以是硅、金属、聚合物等，主要分为实心针和空心针两种，根据不同针形，给药方式也有所不同。微针透皮给药机制是利用微针刺穿皮肤表皮的角质层进入皮肤特定深度，形成与皮肤垂直的微小通道，药物通过该通道可有效促进经皮渗透和在特定部位的蓄积。孔祥清等对微针刺入皮肤的过程进行了研究，利用数值模拟方法，对微针刺入皮肤过程进行数值仿真，通过分析发现微针尖端面积以及微针壁角是微针刺入多层结构皮肤的主要控制参数，而微针壁厚对刺入力的影响较小。针灸是通过刺激穴位来达到治疗疾病的目的，《灵枢》云:“灸刺之道，得气穴为定”，可见针灸作用于穴位才能取得一定的临床疗效，吴焕淦对针灸和穴位的关系进行了分析，他提出穴位的特性、配伍、得气与补泻、刺激方法、刺激量等是影响穴位针灸疗效的重要因素。有研究证实针灸穴位的临床疗效优于非经非穴，如针刺能有效改善脑梗塞急性期神经功能缺损，改善预后，醒脑开窍组针刺效应明显优于非经非穴组。而微针只是透过皮肤角质层作用于皮肤特定深度，在皮肤上产生微小孔道使得药物透过量增加，并不作用于经穴，所以微针与传统的针灸是不可同日而语的。经皮给药系统的促渗技术研究由于经皮给药可以避免肝脏“首过效应”而受到广泛关注，但是为了克服皮肤角质层的屏障作用，不少学者对经皮给药系统促渗方法也进行了多方面研究。目前，主要的促渗方法有化学促渗技术，物理促渗技术，脂质体、水凝胶贴剂、纳米粒等新型给药剂型。将微针技术与某些新型剂型结合给药，可以扬长避短，共同作用，从而提高药物的透过率。1.微针技术联合脂质体脂质体是将药物包封于类脂质双分子层形成的薄膜中间所制成的超微型球状载体制剂，乙醇脂质体即含醇脂质体，是一种新型的柔性脂质体，其透皮给药系统是药剂学中的新兴研究领域。冯苏云等利用微针技术结合乙醇脂质体促进人酸性成纤维细胞生长因子（aFGF）的吸收，将乙醇脂质体与微针技术相结合，两种方法共同作用促进aFGF有效、大量地透过角质层。实验结果显示，微针+重组人酸性成纤维细胞生长因子（rhaFGF）组、微针+rhaFGF乙醇脂质体组及皮内注射组皮肤组织匀浆液中rhaFGF含量均高于微针+空白脂质体组，且微针+rhaFGF乙醇脂质体组药物浓度透过量最大（9058.3±122.4pg/mL），可以初步证明微针技术与乙醇脂质体结合给药可以提高药物的透过率。2.微针预处理对青藤碱透皮速率的影响水凝胶贴剂（hydrogelpatch）是以亲水性材料为基质制成的外用贴敷剂，它与皮肤有着很好的相容性，其富含的水分有利于角质层细胞水化膨胀，从而增强药物的透皮吸收。将水凝胶贴剂与微针技术结合使用，可以大大提高药物的透过率。甄小龙等将青藤碱水凝胶贴剂在离体小鼠皮肤以不同针形微针预处理相同时间、相同针形微针预处理不同时间后贴敷青藤碱水凝胶贴剂，用改进的Franz扩散池研究青藤碱的透过规律。结果显示，100、200μm微针预处理皮肤后青藤碱透皮速率分别是未经微针预处理的40.7、52.4倍；200μm微针预处理皮肤7min后青藤碱的透皮速率是未经微针预处理的142.0倍。200μm微针经不同的力预处理后，青藤碱的透皮速率随着力的增大而增大，当力大于5N时透皮速率趋于平衡。微针与水凝胶贴剂结合经皮给药时，透皮速率显著提高，并且微针针形、预处理时间和所受的力对药物的经皮渗透具有重要影响。纳米粒作为经皮给药的方法也是目前的一种研究方向。有学者研究表明，纳米粒增加药物的透过量并不是因为其可以穿过角质层，而是通过进入毛囊继而进入皮肤，药物透过量的增加是由于纳米粒在皮肤外持续的药物释放增加了药物浓度引起的。所以，微针技术能打破角质层的阻碍，在皮肤角质层上产生微小孔道，使纳米粒也能通过角质层进入皮肤，就能提高药物的透过率。张玮等考察了微针阵列对纳米粒经皮给药的促渗作用，实验结果显示，微针组表皮中纳米粒的滞留量为125.99Lg/cm2,真皮中纳米粒的滞留量为55.31Lg/cm2，皮肤中总量为181.30Lg/cm2；对照组表皮中纳米粒的滞留量为42.15Lg/cm2，真皮中纳米粒的滞留量为32.76Lg/cm2，皮肤中总量为74.91Lg/cm2。数据表明，微针可以增加纳米粒在皮肤内的滞留量，且可显著增加纳米粒的皮肤内递送量。微针技术和离子导入法近年来，微针技术与其他促渗技术结合或与促渗剂结合使用提高透皮速率的方法也受到重视，不少学者采用结合技术增加药物的经皮吸收速率。电穿孔技术，是指在高电压脉冲电流作用下皮肤角质层形成短暂、可逆的水性孔道而增加药物渗透的方法。微针作用于皮肤，可穿透皮肤角质层，形成事实上的微小孔道，使药物从孔道进入。将微针技术与电穿孔技术联合使用可以进一步增加药物的经皮吸收效果。YanK等在微针阵列下使用皮肤电穿孔技术，以荧光异硫氰酸盐-右旋糖酐（FITC-Dex，分子量为4.3kDa）作为模型药物，先用微针刺入皮肤角质层，再用电极制做的微针电穿孔处理皮肤，提高电场促进皮肤药物吸收率。异硫氰酸荧光素皮肤渗透量为0.03μg/cm2，用微针处理后的皮肤累积渗透量为0.20μg/cm2，是未处理皮肤的7倍；传统的电穿孔为0.61μg/cm2，是未处理皮肤的20倍；皮内电穿孔为4.17μg/cm2，是未处理皮肤的140倍。结果显示，微针技术结合电穿孔技术可以有效地提高大分子药物的透过率，而且微针与电穿孔结合技术对皮肤没有明显的刺激感和疼痛感。离子导入法也是常用的物理促渗方法，是在直流电的作用下，离子型药物从溶液中通过皮肤渗透进入组织，其速度可通过调节电极参数来调整。WuXM等人就将微针技术与离子导入法复合，以FITC-Dex（平均分子质量为3.8,10.1,39.0,71.2和200.0kDa）和D2O为模型药物，采用微针预处理皮肤、在敷药前预先用砂纸摩擦大鼠皮肤、去掉皮肤角质层3种情况下进行离体小鼠皮肤透过率的检测，结果显示，这3种处理方法均能使FITC-Dex渗透速率提高，且与单独使用微针预处理皮肤和单独使用离子导入法比较，微针技术与离子导入法复合技术可以显著提高FITC-Dex透过率。ChenH等也通过微针技术结合离子导入法显著提高了胰岛素的经皮给药渗透速率，胰岛素的皮肤透过率比单独使用离子导入高713.3倍。这些都说明了离子导入法与微针技术结合可以有效提高药物的渗透速率。3.超声辅助皮肤经皮超声波促渗法是在超声波作用下，促进药物透皮吸收的一种方法，为了研究怎样提高药物透皮速率和怎样使大分子化合物透过皮肤，ChenB等将微针技术结合超声波，采用低频中孔微针对钙黄绿素和牛血清白蛋白进行经皮给药。结果显示，微针技术与低频超声复合使用使药物累积透过量最大化，比单独使用低频超声给药或微针技术给药高。微针细菌回复突变法微针作为新型的经皮给药促渗方式，在近些年来受到广泛关注，不少学者对微针进行了一定程度的研究。因为微针作用于皮肤，其材料主要是硅、聚合物以及金属，所以微针的安全性也受到极大重视。李伟泽等就实体微针透皮给药的安全性进行了研究。考察实体微针刺入新生大鼠皮肤后对于皮肤纤维连接蛋白（fibronectin,FN）特殊结构域A(EⅢA+,526bp)mRNA表达变化的影响，以探明皮肤在分子水平上的损伤情况。并将微针应用于志愿者皮肤，以伊文思蓝（evansblue）为模型药物，观察微针刺入健康志愿者皮肤后刺入部位的变化情况。实验表明，微针在皮肤上形成的孔道不会促进金黄色葡萄球菌进入小鼠机体而引起感染，也不会引起新生大鼠皮肤能够反映皮肤损伤的EⅢA+片段（526bp）的异常表达。微针应用于志愿者皮肤后，不会引起不良反应，且形成的孔道在皮肤上保持时间较长。综上所述，微针作用于皮肤上可以形成事实上的微小孔道，这些孔道可充当药物透皮吸收的通道，提高药物的透过率，且微针是一种高效、安全的促进药物透皮吸收的新技术，可与新剂型或其他促渗技术复合给药，进一步提高药物透过率。陈贵等对微针条件下雷公藤甲素不同剂型对类风湿性关节炎大鼠皮肤损伤进行了研究，由大鼠皮肤乳酸脱氢酶（LDH）活性测定表征显示，与模型组比较，微针组大鼠皮肤LDH活性没有显著性的变化，说明100和200μmMEMS微针处理皮肤后不会引起皮肤的损伤，均可安全的用于药物经皮促透。WuXM等也根据相同指标（LDH活性表征）证明了在渗透速率相同的情况下，微针刺入对皮肤的损伤远远小于砂纸摩擦和皮肤去角质。这也说明了微针是一种相对安全有效的经皮给药方式。促进皮肤渗透微针技术是一种新型的经皮给药方式，以其有效、安全、无痛感在经皮给药领域中得到了广泛