微針透皮給藥系統(tǒng)應(yīng)用研究進(jìn)展

萬(wàn) 展，周 劍，韓美娜，楊 峰(1. 河北北方學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北 張家口 075000；2. 重慶醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，重慶 4001；. 第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院，上海 2004 )

上海高校選拔培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師科研專(zhuān)項(xiàng)基金(egd09014).

萬(wàn) 展(1986-)，男，碩士研究生.

[作者簡(jiǎn)介] 楊 峰.Tel：(021)81871220，E-mail:yangfeng1008@sohu.com.

微針透皮給藥系統(tǒng)應(yīng)用研究進(jìn)展

萬(wàn) 展1,3，周 劍1,3，韓美娜2,3，楊 峰3
(1. 河北北方學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北 張家口 075000；2. 重慶醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，重慶 400331；3. 第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院，上海 200433 )

微針透皮給藥系統(tǒng)是近年來(lái)透皮給藥系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。微針透皮給藥系統(tǒng)具有注射給藥和透皮給藥的雙重優(yōu)勢(shì)，具有快速、方便、無(wú)痛等眾多優(yōu)點(diǎn)，研究表明可以顯著提高藥物透皮速率和吸收量，特別是在蛋白質(zhì)、多肽、DNA和RNA等大分子物質(zhì)的透皮制劑研究領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的效果和應(yīng)用前景，本文對(duì)微針透皮給藥系統(tǒng)應(yīng)用研究的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述。隨著微針加工技術(shù)、載藥技術(shù)和應(yīng)用研究的不斷深入，微針透皮技術(shù)在臨床領(lǐng)域?qū)?huì)有更廣泛的應(yīng)用。

微針；透皮給藥；應(yīng)用

透皮給藥系統(tǒng)(transdermal drug delivery system, TDDS)，又稱(chēng)透皮治療系統(tǒng)(transdermal therapeutic system, TTS)，是指使藥物以一定的速率通過(guò)皮膚，經(jīng)毛細(xì)血管吸收進(jìn)入血液循環(huán)而達(dá)到有效血藥濃度產(chǎn)生療效的一類(lèi)給藥系統(tǒng)。1979年美國(guó)FDA批準(zhǔn)的第一個(gè)TTS東莨菪堿貼片上市，標(biāo)志著透皮給藥研究進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。與傳統(tǒng)的給藥方式相比，透皮給藥系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)明顯：藥物吸收不受消化道、腸道等因素干擾，可避免肝臟“首過(guò)效應(yīng)”；可維持人體血藥濃度的穩(wěn)定，增加藥效；使用方便、安全，降低藥物的不良反應(yīng)。

皮膚表面角質(zhì)層的屏障作用是阻礙藥物滲透進(jìn)入體循環(huán)的主要障礙，其使藥物特別是大分子藥物難以透過(guò)皮膚，影響藥效的發(fā)揮，為此人們采取多種方法來(lái)增加藥物的透過(guò)率。目前，常用的促進(jìn)透皮吸收的方法有物理方法(離子導(dǎo)入法、超聲導(dǎo)入法、電致孔法等)、化學(xué)方法(化學(xué)促滲劑、前體藥物)和藥劑學(xué)方法(脂質(zhì)體、傳遞體、微乳等)等。其中微針透皮給藥系統(tǒng)可有效克服角質(zhì)層的屏障作用，具有高效、無(wú)痛、病人不良反應(yīng)少等諸多優(yōu)點(diǎn)。1998年Henry等[1]首次將微針技術(shù)應(yīng)用于透皮給藥領(lǐng)域，使模型藥物鈣黃綠素的皮膚透過(guò)率提高了約1 000倍，微針透皮技術(shù)迅速成為透皮給藥系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。

1 微針的概念和透皮促滲機(jī)制

微針(microneedles)是采用微電子機(jī)械工藝技術(shù)(MEMS)制作的，尺寸為微米級(jí)，呈針狀的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。微針材料可以是硅、聚合物、金屬等，可根據(jù)治療需要調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，并可根據(jù)治療區(qū)域的變化量身裁剪大小形狀。

微針透皮給藥機(jī)理是利用微針刺穿皮膚表皮的角質(zhì)層進(jìn)入皮膚特定深度，形成事實(shí)上的微小通道，藥物通過(guò)該通道進(jìn)入體循環(huán),可有效促進(jìn)藥物經(jīng)皮滲透和在特定部位蓄積[2，3]。微針透皮給藥系統(tǒng)目前主要應(yīng)用于生物大分子藥物的經(jīng)皮給藥[4], 如ALZA公司研發(fā)的的MacrofIux多肽微針給藥系統(tǒng)已完成了臨床前研究。

與其他透皮給藥方法相比，微針有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)：①與透皮促滲劑，離子導(dǎo)入，電致孔等方法相比，微針穿刺皮膚所產(chǎn)生的實(shí)體通道，更易使大分子物質(zhì)(蛋白質(zhì)，DNA，多肽等)透過(guò)皮膚；②微針?biāo)a(chǎn)生的實(shí)體通道為微米級(jí)，對(duì)皮膚無(wú)損傷；③微針也可和其他方法聯(lián)用，進(jìn)一步提高藥物透皮滲透能力。Kaushik等[5]對(duì)微針刺入皮膚的疼痛實(shí)驗(yàn)表明，由于穿刺的深度不足以觸及神經(jīng)末梢，且微針細(xì)小，所以幾乎無(wú)痛覺(jué)。

2 微針透皮給藥應(yīng)用的研究進(jìn)展

近年來(lái)，微針透皮給藥研究主要集中在大分子藥物透皮技術(shù)，包括疫苗、蛋白質(zhì)或肽類(lèi)、DNA和RNA等，下面就其應(yīng)用研究情況進(jìn)行綜述。

2.1疫苗 Ding等[6]以白喉毒素為模型抗原，研究了在微針陣列預(yù)處理后不同佐劑存在下的透皮免疫效果。結(jié)果顯示微針處理使抗白喉毒素的血清IgG水平比未經(jīng)處理組增加了1 000倍。使用佐劑可使免疫應(yīng)答效果進(jìn)一步提高：當(dāng)使用脂多糖、Quil A(從南美皂樹(shù)樹(shù)皮中提取的一種皂苷類(lèi)物質(zhì))、 CpG ODN(含CpG基序的寡聚脫氧核苷酸)或者霍亂毒素等佐劑時(shí)，表現(xiàn)出血清IgG滴度的遞增，其中霍亂毒素佐劑組的IgG滴度水平與使用鋁鹽佐劑皮下注射免疫的水平相當(dāng)。而白喉毒素抗體的IgG1/IgG2a比值按照以下的順序依次減?。喊缀矶舅亍uil A、霍亂毒素和CpG ODN，表明在佐劑存在下免疫應(yīng)答是偏向Th1的。

Sullivan等[7]將包裹著流感病毒疫苗的PVP(聚乙烯吡咯烷酮) 可溶性微針刺入小鼠皮膚，結(jié)果顯示該微針在5 min內(nèi)發(fā)生溶解，并可誘導(dǎo)有效的免疫應(yīng)答，足以抵抗致死劑量的流感病毒的攻擊。與金屬微針透皮免疫相比，該可溶微針誘導(dǎo)了更有效的細(xì)胞免疫應(yīng)答，可使淋巴結(jié)細(xì)胞分泌更多的IL-4和IFN-Υ。

Zhu QY等[4]用固體金屬微針陣列涂層進(jìn)行流感病毒疫苗透皮免疫，微針陣列載藥量約10 μg，可在幾分鐘內(nèi)高效進(jìn)入皮膚。與相同劑量的常規(guī)肌內(nèi)注射相比，流感病毒涂層的微針陣列誘導(dǎo)強(qiáng)烈地對(duì)抗流感抗體的應(yīng)答，效果與常規(guī)的肌內(nèi)注射免疫相當(dāng)，且單劑量的流感病毒涂層微針陣列免疫就能使小鼠有效抵御致死劑量的流感病毒感染。

Quan 等[8]進(jìn)行了低劑量的流感微針疫苗與肌內(nèi)注射的比較，研究發(fā)現(xiàn)用低劑量微針注射流感病毒樣顆粒(A/PR/8/34)疫苗與高劑量的肌內(nèi)注射相比，誘導(dǎo)老鼠模型機(jī)體的免疫應(yīng)答強(qiáng)度相似，而微針疫苗能更有效刺激肺內(nèi)抗體產(chǎn)生，而低劑量的肌內(nèi)注射只能產(chǎn)生部分免疫效果，從而間接證明微針疫苗可大大減少免疫所需疫苗劑量。

Hiraishi等[9]制作了BCG(卡介苗)微針貼劑并研究了其與普通皮下注射抗結(jié)核效果的區(qū)別。結(jié)果顯示，微針比普通皮下注射更能夠誘導(dǎo)強(qiáng)烈的淋巴細(xì)胞增殖，提高IFN-Υ分泌水平。這種微針貼劑為發(fā)展中國(guó)家和缺乏醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)救治結(jié)核病提供了更加安全可靠的方法。

2.2蛋白質(zhì)藥物 Nordquist等[10]將胰島素儲(chǔ)藥庫(kù)、電熱膜和熱膨脹樹(shù)脂粘貼于中空微針的背部，制成熱膨脹型胰島素微泵，并比較了普通皮下注射和微泵真皮內(nèi)注射胰島素對(duì)糖尿病小鼠模型的降糖效果。結(jié)果顯示兩種方法均可顯著減低小鼠血糖濃度。實(shí)驗(yàn)測(cè)定6 h后皮下注射組小鼠血糖濃度為(7.5±4.2)mM(n=9),微針真皮內(nèi)注射組小鼠血糖濃度為(11±1.8)mM (n=9)，可見(jiàn)真皮微針給藥的誤差更小，可使血糖下降的更為平穩(wěn)。說(shuō)明胰島素微針緩控釋給藥能夠很好的控制血糖的濃度，也能提高患者的依從性，實(shí)現(xiàn)無(wú)痛、穩(wěn)定、均衡給藥。

Chen等[11]研究了微針和離子滲透兩種方法聯(lián)用對(duì)胰島素的透皮促滲效果，在體外二者聯(lián)用的透皮效率是被動(dòng)擴(kuò)散的713倍；而在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中陽(yáng)離子微囊通過(guò)微針?biāo)驴锥? h和6 h后，血糖水平分別下降了33.3%和28.3%，其效果可達(dá)到胰島素皮下注射的水平。

Gupta等[12]比較了賴(lài)脯人胰島素微針給藥和皮下注射給藥的藥動(dòng)學(xué)、飯后升胰島素反應(yīng)和疼痛的效果。結(jié)果顯示胰島素微針給藥可在更快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大的胰島素濃度，比皮下注射的血糖水平下降的更快，此外還顯著減少了給藥時(shí)產(chǎn)生的疼痛感。

You等[13]首次報(bào)道以絲心蛋白作為結(jié)合藥物分子的基體，制作出長(zhǎng)度500 μm，直徑最低200 μm，尖端的半徑5 μm的PDMS(聚二甲基硅氧烷)微針。該微針可在數(shù)分鐘內(nèi)皮下釋放藥物分子，同時(shí)絲心蛋白在皮膚中的溶解可產(chǎn)生非炎性氨基酸降解產(chǎn)物，具有較小的皮膚刺激性并能維持藥物活性。

Qin等[14]結(jié)合離子電滲技術(shù)制成新型的微針貼片，可提供基本劑量的胰島素釋放和較高劑量胰島素的脈沖釋放，此種方法的療效介于速效和長(zhǎng)效胰島素之間。該新型表皮給藥技術(shù)相對(duì)胰島素泵成本更低，病人更易實(shí)施，可能改變胰島素依賴(lài)型糖尿病的治療方法，擁有良好的前景。

與皮下注射相比，微針給藥途徑可局部靶向淋巴和血管，改變藥物吸收動(dòng)力學(xué)，在治療學(xué)和生理學(xué)相關(guān)模型研究中也引起了廣泛關(guān)注。Harvey等[15]研究了生長(zhǎng)激素、胰島素、依那西普等蛋白質(zhì)藥物微針給藥和皮下注射給藥的藥動(dòng)學(xué)差異，結(jié)果顯示蛋白質(zhì)的微針給藥起效更快，達(dá)峰時(shí)間、血藥峰濃度都高于皮下注射給藥，數(shù)據(jù)表明微針給藥能夠提高藥物的生物利用度。

2.3DNA和RNA Pearton等[16]用微針促進(jìn)水凝膠中的質(zhì)粒DNA透皮，利用微針穿透皮膚，進(jìn)入微針通道的水凝膠作為質(zhì)粒DNA的儲(chǔ)藥池，可不斷的釋放質(zhì)粒DNA進(jìn)入體內(nèi)。Gill等[7]用微針涂層的方法研究了編碼丙型肝炎病毒NS3/4A蛋白質(zhì)粒的皮膚免疫效果，與基因槍免疫的細(xì)胞毒性T細(xì)胞水平相比， 8 mg質(zhì)粒微針透皮免疫誘導(dǎo)了比4 mg質(zhì)?；驑屆庖吒鼜?qiáng)的細(xì)胞免疫應(yīng)答，且微針透皮在無(wú)佐劑情況下即可有效誘導(dǎo)細(xì)胞毒性T細(xì)胞，而簡(jiǎn)單的肌肉注射不能有效地誘導(dǎo)出有活性的細(xì)胞毒性T細(xì)胞。

Chen等[18]用涂層HSV-2-gD2 DNA疫苗微針陣列將DNA疫苗精確輸送到皮膚上皮的免疫敏感區(qū)域。結(jié)果顯示DNA疫苗在表皮內(nèi)可有效遞呈給專(zhuān)職抗原遞呈細(xì)胞(APC)，是皮內(nèi)注射接觸APC數(shù)量的10倍，可以激發(fā)更好的抗體反應(yīng)，有效對(duì)抗HSV-2病毒的攻擊。Kask等[19]比較了抗單純皰疹病毒DNA疫苗微針和皮下注射的效果。研究發(fā)現(xiàn)微針給藥能夠快速有效提高小鼠模型免疫反應(yīng)，提高小鼠存活率。

Gonzalez等[20]用聚乙烯醇聚合物制得可溶的微針陣列(PAD),進(jìn)行了報(bào)告基因siRNA的透皮效果研究。結(jié)果顯示該微針透皮給藥系統(tǒng)能有效穿透皮膚，克服角質(zhì)層屏障，顯著提高siRNA和DNA的透皮效率。該實(shí)驗(yàn)表明微針透皮給藥系統(tǒng)未來(lái)可能在siRNA的臨床應(yīng)用中有良好的前景。

2.4其他藥物 Donnelly等[21]利用微針進(jìn)行了局部光動(dòng)力療法的探索研究，將尼羅紅包藏于聚乳酸聚乙醇酸共聚物(PLGA)納米粒中，制成直徑150 nm的微針。通過(guò)作用于離體豬皮膚發(fā)現(xiàn)，藥物能夠很好的透過(guò)皮膚表層，克服皮膚角質(zhì)層的屏障作用。

Ito等[22]將利普安作為固體分散相，硫酸軟骨素鈉作為基質(zhì)制成可溶性微針貼片并進(jìn)行了大鼠腹部皮膚透皮給藥研究。該微針的長(zhǎng)度為(469.8±4.7)μm，直徑(284.5±9.8)μm，利普安含量為(14.3±1.6)ug，體外溶出度顯示利普安在3 min內(nèi)可完全釋放。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明給藥15 min后即可到達(dá)最大血藥濃度，透皮效果良好。

Baek等[23]制成去甲腎上腺素(PE)微針貼片并研究了其對(duì)大便失禁的作用。體外微針貼片中PE穿透肛門(mén)括約肌的劑量是普通貼劑的10倍。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中PE的微針局部給藥在1 h內(nèi)即可顯著增高靜止肛門(mén)括約肌的壓力，遠(yuǎn)大于未經(jīng)微針預(yù)處理組，為大便失禁治療提供了一種新方法。

Milewski等[24]研究了微針對(duì)不同濃度水溶性聚乙二醇納曲酮前藥的透皮促滲效果。結(jié)果表明，由微針處理皮膚的藥物透過(guò)量與前藥溶液的濃度呈非線(xiàn)性關(guān)系。在較低濃度范圍時(shí)，前藥的透過(guò)量與濃度的增加成比例，高濃度時(shí)則無(wú)相關(guān)性。

3 展望

微針透皮給藥系統(tǒng)具有注射給藥和透皮給藥的雙重優(yōu)勢(shì)，可以提高藥物透皮速率和吸收量，特別是對(duì)蛋白質(zhì)、多肽等大分子物質(zhì)的透皮制劑研究具有重要意義，具有廣闊的前景和市場(chǎng)價(jià)值。但目前微針透皮給藥系統(tǒng)還處于應(yīng)用研究的初級(jí)階段，運(yùn)用于臨床還有很多因素要考慮，比如安全性、有效性等等。我們相信，隨著微針透皮給藥技術(shù)研究的深入和越來(lái)越多新型透皮給藥系統(tǒng)及制劑的面世，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。

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Progressonmicro-needlestransdermaldrugdeliverysystem

WAN Zhan1,3,ZHOU Jian1,3,HAN Mei-na2,3,YANG Feng3
(1.School of Basic Medical Sciences, Hebei North University, Zhangjiakou 075000，China; 2. School of Pharmacy, Chongqing Medical University, Chongqing 400331，China;3. School of Pharmacy, Second Military Medical University, Shanghai 200433，China)

Micro-needles transdermal drug delivery system became the hot spot in the field of transdermal drug delivery system, which had the double advantages in both injection drug delivery and transdermal drug delivery. It also had the merits of fast absorption, continence and painless utility in clinical. Research indicated both transdermal speed and dose of drugs were highly increased when micro-needles transdermal drug delivery system was applied, which especially showed outstanding effects and promise in the preparation of drugs composed of protein, polypeptide, DNA and RNA, etc. Latest developments of micro-needles transdermal drug delivery system were reviewed in this paper. With the development of the industrial arts of the micro-needle, drug delivery technology and application research, micro-needles transdermal drug delivery system would be extensively employed in clinical field.

Micro-needles; transdermal drug delivery; application

R94

A

1006-0111(2012)02-0086-04

10.3969/j.issn.1006-0111.2012.02.002

2011-09-01

[修回日期] 2011-12-06