經(jīng)皮給藥的關(guān)鍵在于如何突破皮膚的屏障作用

經(jīng)皮給藥的關(guān)鍵在于如何突破皮膚的屏障作用

隨著藥物技術(shù)的發(fā)展，人們創(chuàng)造了多種藥物治療技術(shù)。其中，給藥注射、口服給藥和經(jīng)皮給藥是醫(yī)療過(guò)程中最常用的給藥方法。其中,口服給藥中藥物往往會(huì)被消化道內(nèi)的消化酶破壞,加上肝臟的首過(guò)效應(yīng)會(huì)使藥物的吸收效率大為降低,影響療效,且有可能引起胃腸道反應(yīng),尤其不適合一些生物活性和蛋白質(zhì)類(lèi)藥物如疫苗、胰島素等藥物。注射給藥技術(shù)雖然克服了上述缺點(diǎn),但需將注射針頭刺入皮膚深層,許多患者經(jīng)歷過(guò)針頭的痛苦后,會(huì)進(jìn)一步限制患者的依從性,特別是對(duì)于那些年幼患者和需要經(jīng)常輸藥治療的人群。另外,由于普通針頭尺寸較大,輸藥時(shí)會(huì)使皮膚產(chǎn)生較大創(chuàng)傷,處理不當(dāng)可能引起皮膚感染等不良后果,血源性病原體的通過(guò)針的再利用傳播也是一個(gè)主要問(wèn)題,尤其是在發(fā)展中國(guó)家。經(jīng)皮給藥技術(shù)則可克服上述缺點(diǎn),經(jīng)皮給藥系統(tǒng)(transdermaldrugdeliverysystem,TDDS)指經(jīng)皮膚貼敷方式用藥,藥物由皮膚吸收進(jìn)入全身血液循環(huán)并達(dá)到有效血藥濃度、實(shí)現(xiàn)疾病治療或預(yù)防的一類(lèi)制劑［1］。這種輸藥方式具有無(wú)痛、使用方便,避免肝臟首過(guò)效應(yīng)和胃腸道的副作用以及可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效給藥等優(yōu)點(diǎn)［2］,不過(guò)傳統(tǒng)經(jīng)皮給藥受到皮膚的阻礙作用,特別是角質(zhì)層的阻礙導(dǎo)致藥物輸藥效率很低,某些大分子類(lèi)的藥物甚至完全無(wú)法經(jīng)皮滲透以及過(guò)于緩慢的釋放速度很難達(dá)到治療的目的,為此人們采取了各種措施來(lái)破壞角質(zhì)層以增強(qiáng)皮膚對(duì)藥物的滲透性,如離子導(dǎo)入法、超聲導(dǎo)入法、電致孔法以及微粉超音速?lài)娚涞确椒?但是這些方法通常涉及使用先進(jìn)的設(shè)備,是比較大型的,昂貴的,且需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)才能使用。這時(shí)有人提出,與其避免針頭的使用,不如將針縮小到微米尺寸,在提高患者的依從性和安全性的同時(shí),利用其強(qiáng)大的傳遞能力,于是誕生了微針技術(shù)。微針的長(zhǎng)度在100~2000μm之間,其中載藥微針?biāo)d藥物種類(lèi)廣泛如多糖、蛋白質(zhì)、肽類(lèi)、DNA及各種小分子藥物等,不同類(lèi)型的微針的載藥方式不同,故載藥量也有所不同。與一些物理、化學(xué)促滲方法相比,微針透皮給藥技術(shù)有無(wú)痛、微創(chuàng)、安全高效［3］、攜帶方便、患者可自行使用等優(yōu)點(diǎn)。作為一個(gè)微米級(jí)的設(shè)備,微針應(yīng)該足夠大,以提供幾乎任何藥物或小顆粒制劑進(jìn)入皮膚的通道;但同時(shí)又足夠小,以避免疼痛、恐懼和需要專(zhuān)家培訓(xùn)給藥的缺點(diǎn)。此外,微針傳遞還可以精確的組織定位,如在皮膚,眼脈絡(luò)膜上腔和細(xì)胞核等部位。本文對(duì)微針的制備方法、微針的應(yīng)用分類(lèi)及其在經(jīng)皮給藥系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析,并對(duì)微針今后的研究方向及其在制作及使用過(guò)程中需要亟待解決和關(guān)注問(wèn)題進(jìn)行了分析和展望。1聚合物微針的制備1.1微針的制作材料微針的基質(zhì)材料主要有金屬、硅及二氧化硅、聚合物等［4］。以上述材料制備的微針,在性能上各有優(yōu)劣。其中硅微針的制作工藝相對(duì)較為成熟,應(yīng)用廣泛,但與人體的生物相容性差、價(jià)格昂貴、質(zhì)地較脆、工藝復(fù)雜;金屬材料機(jī)械強(qiáng)度好,但存在生物相容性一般,工藝復(fù)雜,加工成本高等缺點(diǎn);硅微針和金屬微針在刺入皮膚及從皮膚上剝離時(shí)自身有發(fā)生斷裂的可能,一旦斷裂在皮膚中,很難清除,斷裂的微針長(zhǎng)期停留在皮膚內(nèi)很難預(yù)計(jì)不會(huì)造成任何不良影響;聚合物材料機(jī)械強(qiáng)度好,制備工藝簡(jiǎn)單,且可在體內(nèi)可降解,加上新的高分子材料的層出不窮,相信未來(lái)聚合物微針將會(huì)成為研究的熱點(diǎn)。1.2微針的制作工藝目前硅微針制備工藝較為成熟,已有多種方法可以制備硅微針,其中電化學(xué)刻蝕技術(shù)較其他方法在制備硅及二氧化硅微針時(shí)更為常見(jiàn)。Henry等［5］采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(Re-activeionetchingtechnique))制備長(zhǎng)度為150μm的硅實(shí)心微針,并首次將此微針用于經(jīng)皮給藥系統(tǒng)。金屬微針已被用激光切割［6］、濕蝕刻［7］以及金屬電鍍［8］等方法制備。Gill等［9］用激光切割不銹鋼片,再將切割成形的金屬薄片翻轉(zhuǎn)90°,使之垂直于不銹鋼薄片底座,從而形成二維微針陣列。并將不同分子質(zhì)量的藥物包裹在微針陣列上后刺入皮膚,結(jié)果各藥物不僅有較大的滲透速率,并且能顯著提高經(jīng)皮吸收量。聚合物微針尤其是生物可降解聚合物微針引起了人們?cè)絹?lái)越多的注意。Park等［10］首次利用聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)及其聚合物(PL-GA)制備聚合物微針。實(shí)驗(yàn)將一種新型的透鏡技術(shù)、反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)及紫外平版印刷術(shù)相結(jié)合制備出了斜尖針尖、鑿尖針尖、錐尖針尖三種不同形狀的微針。目前使用澆鑄法制備聚合物微針越來(lái)越受到大家的關(guān)注。隨著先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,相信以后會(huì)有更多簡(jiǎn)單易行的微針制備方法出現(xiàn)。2載藥微針的制備及其穩(wěn)定性在一般情況下,將微針?lè)譃閷?shí)心微針與空心微針。實(shí)心微針按給藥方式不同又可歸類(lèi)為對(duì)組織預(yù)處理微針,藥物涂層微針,溶解微針。2.1實(shí)心微針2.1.3溶解微針另外,微針可以完全使用水溶性的或可生物降解的聚合物制備,并將藥物封裝在微針陣列內(nèi)部。以這種方式制得的微針還具有一定的緩釋效果,溶解微針可在皮膚內(nèi)完全溶解或降解,從而釋放微針內(nèi)部包封的負(fù)載藥物,且不會(huì)留下尖銳廢棄物,如麥芽糖微針會(huì)在插入皮膚后溶解,不會(huì)在體內(nèi)殘留。2.2空心微針空心微針既能如注射針頭一般輸送液體制劑進(jìn)入到皮膚內(nèi),也可像實(shí)心微針一樣用于預(yù)處理皮膚,但以輸送各種液體制劑為主。使用中空的空心微針輸送液體制劑進(jìn)入皮膚一般分為兩種方式:一種是使用單一中空微針,它類(lèi)似于傳統(tǒng)的皮下注射針頭,其最大的優(yōu)勢(shì)是無(wú)痛,病人順應(yīng)性較好;另一種是使用一組空心微針陣列,這一類(lèi)型的中空微針可使液體制劑一次性到達(dá)更廣闊的區(qū)域,在某些情況下,比皮下注射起效更迅速,具有較高的生物利用度［11］。由于微針突破了經(jīng)皮給藥系統(tǒng)的最大吸收屏障角質(zhì)層,極大的減少了皮膚對(duì)藥物傳輸?shù)南拗?且避免了患者注射的痛苦,方便給藥,因此在醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外對(duì)于微針經(jīng)皮給藥應(yīng)用的研究較多,體內(nèi)研究與體外研究均有報(bào)道。Henry等［5］取人尸體表皮建立透皮釋藥模型,進(jìn)行離體實(shí)驗(yàn),以測(cè)定微針刺穿表皮后的透皮釋藥速率。將微針刺入皮膚并將微針保留在皮膚上,結(jié)果模型藥物鈣黃綠素的經(jīng)皮透過(guò)性與沒(méi)有經(jīng)過(guò)微針處理的完整皮膚相比提高了一千倍,將微針刺入皮膚10s后移除,藥物透過(guò)性提高了一萬(wàn)倍。Park等［12］以聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物為基質(zhì),制備出可降解微針。在微針內(nèi)部分別封裝模型藥物鈣黃綠素和熒光標(biāo)記的牛血清蛋白,隨后將載有鈣黃綠素的微針和載有牛血清蛋白的微針?lè)謩e扎入皮膚進(jìn)行體外透皮實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示鈣黃綠素在4h透過(guò)率達(dá)到95%,光標(biāo)記的牛血清蛋白在120h透過(guò)率達(dá)到80%,說(shuō)明聚合物微針能顯著提高藥物透皮效果。Ito等［13］以糊精為基質(zhì)材料制備微針,并在其中加入人胰島素,制備聚合物微針。體外釋放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,幾乎全部的胰島素在1h內(nèi)釋放,釋放一半量的時(shí)間為(15.4±1.1)min。此外分別在40℃、20℃、-80℃的溫度下進(jìn)行載藥微針的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),在3個(gè)條件下儲(chǔ)存1個(gè)月后,胰島素的含量分別為99.0%、98.9%、98.2%,說(shuō)明胰島素在此基質(zhì)中能夠較穩(wěn)定地保存。Lee［14］等使用生物相容性良好的羧甲基纖維素或支鏈淀粉制作微針,在微針制作過(guò)程中將羅丹明B、牛血清白蛋白、溶菌酶封裝在微針內(nèi),溶菌酶封裝后保留完整的酶的活性,并存儲(chǔ)在室溫下2個(gè)月后保持96%的活性。微針也被證明機(jī)械強(qiáng)度足以插入到尸體皮膚,在幾分鐘之內(nèi)溶解。Kochhar等［15］制備出載羅丹明B微針。實(shí)驗(yàn)將聚乙二醇二丙烯酸酯、六甲基磷酰三胺、丙基三甲氧基硅烷作為微針的基質(zhì)材料,利用紫外固化技術(shù)制備出了含50μg羅丹明B的微針,并以相同濃度的羅丹明B丙二醇溶液作為對(duì)照組,利用擴(kuò)散池進(jìn)行了鼠皮的體外滲透試驗(yàn)。以羅丹明B的熒光強(qiáng)度為檢測(cè)指標(biāo),使用酶標(biāo)儀進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果微針組與羅丹明B丙二醇溶液組相比,滲透量增加了3.89倍;微針的穩(wěn)態(tài)通量為(0.299±0.1)μg·cm－2·h－1,丙二醇組為(0.067±0.01)μg·cm－2·h－1,前者比后者增加了4.35倍,說(shuō)明微針增加了皮膚對(duì)羅丹明B的滲透能力。3.2體內(nèi)研究人們?cè)诖罅矿w外實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又開(kāi)展了體內(nèi)給藥研究,取得了一些顯著成果,從而為今后的微針在體內(nèi)研究提供了理論依據(jù)。Matriano等［16］把卵白蛋白作為一種模型蛋白抗原涂布在微針表面的來(lái)研究其透皮性能。將卵白蛋白抗原涂布到微針上并干燥制作涂層微針,并制備出了不同抗原濃度和不同針尖數(shù)量的一系列制劑,以無(wú)毛豚鼠為模型動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使用高速推進(jìn)器將微針刺入動(dòng)物皮膚。結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗原很快從微針表面釋放,在幾秒內(nèi)釋放量高達(dá)20μg。微針給藥和皮內(nèi)注射相比,兩者具有相似的抗體反應(yīng),但微針給藥的抗體反應(yīng)高50倍。Martanto等［17］研究了微針對(duì)糖尿病無(wú)毛鼠的治療作用。用實(shí)心微針對(duì)其處理過(guò)后進(jìn)行胰島素傳送,微針刺入皮膚后保留一段時(shí)間,隨后移除,再將胰島素溶液置于皮膚上4h,并實(shí)時(shí)檢測(cè)血糖水平,結(jié)果血糖在此時(shí)間段內(nèi)下降了60%,隨后達(dá)到80%,而未用微針處理的大鼠血糖沒(méi)有顯著下降。McAllister等［18］對(duì)糖尿病大鼠皮膚使用單根玻璃微針進(jìn)行了胰島素微注,時(shí)長(zhǎng)30min,結(jié)果大鼠血糖在5h內(nèi)下降了70%。近期又有學(xué)者對(duì)微針的經(jīng)皮免疫進(jìn)行了研究［19－20］,如Quan等［21］制備了載有流感疫苗的微針,并在微針涂布液中加入海藻糖以保持流感疫苗在微針制備過(guò)程的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)比較疫苗涂層微針與傳統(tǒng)肌肉疫苗注射的效果,以免疫球蛋白G為檢測(cè)指標(biāo),結(jié)果微針接種效果比肌肉注射好,因?yàn)槲⑨樈臃N單個(gè)流感疫苗能在控制病毒復(fù)制的同時(shí)快速誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。Hiraishia等［22］使用豚鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,考察了微針對(duì)卡介苗的接種效果。實(shí)驗(yàn)將豚鼠背部進(jìn)行脫毛,然后將卡介苗涂層微針用手壓入皮膚,并在皮膚內(nèi)停留10min,作為卡介苗微針組;另一組皮下注射等量卡介苗作為皮下注射組;假手術(shù)組使用不含卡介苗的空白微針插入豚鼠背部皮膚;不做處理的豚鼠作為陰性對(duì)照研究。分別在接種后3、6、12周對(duì)誘導(dǎo)細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)進(jìn)行了評(píng)估,卡介苗微針接種和皮下注射接種豚鼠的肺和脾細(xì)胞中誘導(dǎo)的IFN-γ水平都是隨著時(shí)間的增加而增加,在12周時(shí)達(dá)到最高;且皮下注射接種與卡介苗微針接種所誘導(dǎo)的響應(yīng)顯著高于空白微針組與陰性對(duì)照組。Baek等［23］將去甲腎上腺素制成微針貼片,并其對(duì)治療大便失禁的作用進(jìn)行了研究。去甲腎上腺素微針局部給藥可在1h內(nèi)顯著增高靜止肛門(mén)括約肌的壓力,效果遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)微針預(yù)處理組。在另一個(gè)單獨(dú)的的研究中［24］,利多卡因使用中空微針注入到人類(lèi)受試者的皮膚的中,并與常規(guī)的利多卡因的皮下注射相比較。雖然用兩種方法由利多卡因傳遞引起的局部麻醉的時(shí)間是一樣的,但報(bào)道指出與皮下注射相比使用微針產(chǎn)生疼痛明顯減少,患者表現(xiàn)出強(qiáng)烈的偏好。4微針的發(fā)展中需解決的問(wèn)題微針突破了藥物透皮吸收最大的屏障—角質(zhì)層,打開(kāi)了供各種類(lèi)型藥物通過(guò)的孔道,能顯著增強(qiáng)藥物的經(jīng)皮滲透性尤其是大分子藥物。由于微針針尖細(xì)且尖,刺入皮膚時(shí),僅僅是刺穿角質(zhì)層,不會(huì)到達(dá)神經(jīng)分布豐富的皮膚深層組織,因此可很大程度地減輕患者給藥時(shí)的痛苦,并將使用時(shí)皮膚的創(chuàng)傷減少到最小,且微針攜帶方便,患者不需要專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)即可自行使用。然而,微針的發(fā)展依然存在一些亟待解決的問(wèn)題,也是學(xué)者們今后研究的重點(diǎn),主要有以下幾點(diǎn)。(1)微針的插入:不同人種、不同職業(yè)的人皮膚厚度不同;人體不同部位的皮膚厚度也有較大差別,如何使微針更好地突破皮膚黏彈性等的限制,并在插入皮膚給藥過(guò)程中不會(huì)折斷,這些都需要在微針插入機(jī)理和增強(qiáng)皮膚通透性上作進(jìn)一步研究,如針體長(zhǎng)度、針頭形狀、針壁厚度、插入速度、刺入深度等的影響,并要結(jié)合微針制作材料及微針的給藥方式,得到合適的參數(shù)。(2)微針的載藥:如何使微針負(fù)載更多的藥物,如何確保載有藥物的微針在插入皮膚時(shí)不會(huì)被皮膚蹭掉及在微針制備過(guò)程中如何保持藥物的穩(wěn)定性,還都需要學(xué)者們做進(jìn)一步的研究。(3)微針的保留時(shí)間:利用微針插入皮膚進(jìn)行透皮給藥后,是否應(yīng)將其繼續(xù)保留在皮膚中,如果需留下怎樣確定保留時(shí)間,而且如何在不影響日?；顒?dòng)的條件下將其保留在皮膚中,都是后期研究的重點(diǎn)。(4)另外,不能體內(nèi)降解的微針在刺入和剝離皮膚的過(guò)程中,如果發(fā)生斷裂,那斷裂在皮膚中的微針該如何處理,這些都是實(shí)際應(yīng)用中必須解決的問(wèn)題,這些都要根據(jù)微針類(lèi)型及給藥的不同進(jìn)行具體分析。5微針涂層微針的開(kāi)發(fā)作為一種新的給藥方式,使用微針透皮給藥避免了注射給藥和透皮給藥的缺點(diǎn),并集合了兩個(gè)傳統(tǒng)給藥方式的優(yōu)點(diǎn)如:給藥準(zhǔn)確、快速、高效、方便、無(wú)痛等。隨著微針制備工藝的不斷完善和新材料的不斷涌現(xiàn),微針透皮給藥系統(tǒng)將在人類(lèi)疾病治療和預(yù)防中發(fā)揮重要的作用,給患者帶來(lái)福音;目前,已有微針經(jīng)皮給藥的研究成果走入市場(chǎng),我們期待以后更多適合經(jīng)皮給藥的微針新品種將會(huì)被開(kāi)發(fā),使得微針的潛力得到更大的發(fā)揮。2.1.1對(duì)組織預(yù)處理微針實(shí)心微針與空心微針都可以用來(lái)作為皮膚的預(yù)處理,但文獻(xiàn)報(bào)道中以實(shí)心微針為主。微針插入和移除后在皮膚表面形成微米級(jí)的的孔隙,孔隙可以便于藥物制劑通過(guò),從而在皮膚的局部作用或經(jīng)過(guò)皮膚的毛細(xì)血管吸收而起到全身作用。微針預(yù)處理皮膚后,藥物可以施加到皮膚表面的孔上,如使用傳統(tǒng)的經(jīng)皮給藥中最常用的載藥的貼片,或使用其他通常用于皮膚