CN110812688B - 一种透皮给药的微针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种透皮给药的微针及其制备方法。该微针通过制备微针针体溶液、微针基底溶液、构建微针针体、构建微针基底等步骤制备得到，其原料安全性高、生物相容性好，在机体中可降解，在保证具有较好的机械性能的同时，还可以实现对微针基底负载的各种活性药物的有序控释，减少活性药物损失，显著提高药物疗效，应用范围广，制备方法步骤简单，适用于大规模产业化生产。

Description

一种透皮给药的微针及其制备方法
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种透皮给药的微针及其制备方法。
背景技术
透皮给药是以“中医外治”为理论基础的一种给药方式，与传统的口服药物治疗方式相比，经皮给药能够有效避免肠胃系统和血管环境对药物有效成分的破坏，同时降低药物对机体，特别是内脏组织的毒副作用。此外，经皮给药还有助于降低给药频率和改善血药浓度，提高患者的用药顺应性。但是在经皮给药过程中，由于皮肤角质层的屏障保护作用，许多大分子药物和亲水性药物难以快速、足量的透过皮肤达到组织深层。虽然目前的贴剂可以通过加入透皮吸收成分来提高药物的渗透性，但其仅适用于少部分的小分子药物，大部分高分子中药成分并不能快速进入体内达到治疗效果。而且，加入的透皮吸收成分如二甲亚砜等，通常对于皮肤具有刺激性，用量不当可能会引起过敏、光毒性、粉刺等问题。
近年来，微针经皮给药系统以其高效、均匀、无痛等优点受到广泛关注，其做法是使用金属或高分子材料制成几十至几百微米的实心或空心微针阵列，药物涂覆于微针表面或装载于内部，然后通过贴片形式经微针将药物导入皮肤内，不仅能在不触及痛觉神经的条件下有效穿过皮肤角质层，而且还可实现各种大分子药物和成分复杂药物的透皮传递。如中国专利申请CN109528695A公开了一种治疗类风湿性关节炎的微针透皮给药贴片及其制备方法，该微针透皮给药贴片包括基层、垂直固定在基层表面且相互间隔布置的多个微针，微针中含有活性药物成分，治疗时，微针穿刺过皮肤角质层后进入表皮层，贮存在微针中的药物即可释放进入组织液，达到治疗目的。但是该微针透皮给药贴片的微针部分主要为可溶性生物相容性成分，机械性能不强，且药物溶在针体中，在穿刺过程中由于皮肤的阻力会造成一定的损失，且在穿刺给药的1～2h内释放缓慢，有效含量较低，需要经过较长一段时间之后才能达到需要的浓度，无法迅速达到药效。
因此，迫切需要提供一种具有较强机械强度、避免药物损失、可以有序控释的透皮给药的微针及其制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中微针机械性能不强，活性药物穿刺损失、前期释放缓慢的缺陷和不足，提供一种具有较强机械强度、可以减少活性药物损失并有序控释、促进提高活性药物透过的透皮给药的微针。
本发明另一目的是提供所述微针的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种透皮给药的微针，包括基底和针体；所述基底中含有活性药物，所述针体中含有可增加皮肤通透性的成分。
进一步地，所述可增加皮肤通透性的成分为冰片。
本发明对微针结构及其成分做了优化设计，活性药物全部位于基底中，在针体穿刺皮肤时不会对基底活性成分的含量造成影响；而针体中含有可增加皮肤通透性的成分，如具有芳香开窍和引药上行特性的冰片，在微针穿刺后，冰片先在机体内释放，可以增加机体生物屏障的通透性，促进活性药物透过，提高前期活性药物的渗透效率和释放速度。
更进一步地，所述针体由冰片溶液、马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液、双端巯基化的高分子溶液混合制成；所述基底由生物相容性可降解高分子成分和活性药物的混合溶液制成。
本发明的微针针体中含有马来酰亚胺修饰的透明质酸和双端巯基化的高分子，其中的马来酰亚胺基团与巯基基团会发生快速点击化学反应，实现与透明质酸分子的快速交联，形成具有良好机械性能的针尖结构，可以快速穿过皮肤角质层。
进一步地，所述冰片溶液为含有5～50mg/mL吐温-80的95％乙醇溶液。因为冰片的水溶性较差，加入的吐温-80对冰片具有一定的增容作用，实现了冰片在微针针体结构中的负载。
更进一步地，所述双端巯基化的高分子为双端巯基化的PEG、双端巯基化的多肽或双端巯基化的多糖。
优选地，所述双端巯基化的高分子为双端巯基化的PEG。
进一步地，所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的高分子的质量分数比为1:(15～100):(0.0001～0.001)。
优选地，所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的高分子的质量分数比为1:(15～50):(0.0001～0.0005)。
更优选地，所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的高分子的质量分数比为1:30:0.00012。
更进一步地，所述双端巯基化的高分子的分子量为1000Da。
更进一步地，所述生物相容性可降解高分子成分为牡蛎多糖和透明质酸。
本发明的微针基底以生物相容性可降解高分子成分，如透明质酸和近江牡蛎多糖，作为微针基底结构，用于负载活性药物。其中，透明质酸是一种具有良好生物相容性的生物材料，可以用作生长因子、药物以及基因的运输载体；牡蛎多糖是一种动物多糖，具有良好的免疫调节、降低炎症反应和恢复细胞功能等多种生物特性，并能与多种生物活性因子协同作用，提高活性成分的功效。上述透明质酸和牡蛎多糖都具有良好的生物分子结合特性，适用于各类活性药物的装载，应用范围广。
进一步地，所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:(1～20)。
优选地，所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:(1～10)。
更优选地，所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:3.3。
更进一步地，所述透明质酸或马来酰亚胺修饰的透明质酸的分子量为200～1000KDa。
进一步地，所述牡蛎多糖的制备方法包括以下步骤：
取牡蛎内脏组织分别于石油醚、75～80％乙醇溶液中浸泡，干燥、粉碎，得牡蛎粗粉；将牡蛎粗粉加入水中超声提取，离心后将上清液浓缩，加入无水乙醇沉淀，离心后将沉淀干燥，即得。
更进一步地，所述牡蛎多糖的制备方法包括以下步骤：
取牡蛎内脏组织于石油醚中浸泡36～48h，再于75～80％乙醇溶液中浸泡36～48h，沥干，匀浆，冷冻干燥，粉碎，得牡蛎粗粉；将牡蛎粗粉加入重量体积比为(40～50)g/mL的水中，70～75℃超声30～45min，离心，将上清液真空减压浓缩，加入体积比为4～6的无水乙醇，沉淀10～16h，离心，沉淀真空干燥，即得。
进一步地，所述活性药物包括小分子药物、中药提取物、蛋白质、多肽、细胞因子、基因、抗体和多糖(如实施例中的脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophicfactor，BDNF))。所述活性药物的添加量可根据活性药物的种类、渗透性、药效等多因素考量后进行添加。
更进一步地，所述微针由如下方法制备得到：
S1、将冰片溶液与马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液混合，再加入双端巯基化的高分子溶液，搅拌均匀，得微针针体溶液；
S2、将牡蛎多糖加入透明质酸溶液中，混合均匀，再加入活性药物，混合均匀，得微针基底溶液；
S3、将步骤S1所得微针针体溶液加至微针模板的集液区，离心，干燥，得微针针体；
S4、将步骤S2所得微针基底溶液加至步骤S3所得微针针体之上，离心，干燥，脱模，得微针。
进一步地，步骤S3中，所述微针模板为PDMS微针模板，所述微针模板针长为200～1000μm，微针密度为4～400根/cm2，微针针底宽度为100～300μm。
更进一步地，步骤S3、S4中，所述离心的速度为1000～6000rpm，离心的时间为1～60min。
进一步地，步骤S3、S4中，所述干燥的温度为20～50℃。
另外的，本发明还提供了所述微针的制备方法，包括以下步骤：
A、将冰片溶液与马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液混合，再加入双端巯基化的高分子溶液，搅拌均匀，得微针针体溶液；
B、将牡蛎多糖加入透明质酸溶液中，混合均匀，再加入活性药物，混合均匀，得微针基底溶液；
C、将步A所得微针针体溶液加至微针模板的集液区，离心，干燥，得微针针体；
D、将步骤B所得微针基底溶液加至步骤C所得微针针体之上，离心，干燥，脱模，得微针。所得微针可依附在医用压敏胶上。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明一种透皮给药的微针，原料安全性高、生物相容性好，在机体中可降解，在保证具有较好的机械性能的同时，还可以实现对微针基底负载的各种活性药物的有序控释，减少活性药物损失，显著提高药物疗效，应用范围广。
(2)本发明一种透皮给药的微针的制备方法，可以利用不同模具制备各种不同规格的微针，步骤简单，适用于大规模产业化生产。
附图说明
图1为本发明透皮给药的微针的结构、制备流程示意图；其中，A-微针的结构示意图，B-微针的构制备流程示意图。
图2为本发明实施例1微针的机械性能测试结果图。
图3为本发明实施例1微针的药物释放动力学情况图。
图4为微针干预对RAW264.7炎症细胞荧光反应影响的测定结果图；其中，微针组A-对比例1，微针组B-对比例2，微针组C-实施例1。
图5为微针干预对RAW264.7炎症细胞ROS含量影响的测定结果图，其中，微针组A-对比例1，微针组B-对比例2，微针组C-实施例1。
图6为微针干预对小鼠氧化应激模型体重的影响测定结果图，其中，微针组A-对比例1，微针组B-对比例2，微针组C-实施例1。
图7为微针干预对小鼠氧化应激模型MDA水平的影响测定结果图，其中，微针组A-对比例1，微针组B-对比例2，微针组C-实施例1。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
其中，本发明所用牡蛎多糖由以下步骤制备得到：
将鉴定的近江牡蛎去壳，取牡蛎内脏组织于石油醚中浸泡48h脱脂，再于75％乙醇溶液中浸泡48h，沥干，组织匀浆，冷冻干燥，粉碎，得牡蛎粗粉；将牡蛎粗粉加入重量体积比为40g/mL的水中，70℃超声45min，4000rpm离心15min，将上清液于65℃真空减压浓缩，加入体积比为4的无水乙醇，沉淀12h，离心，沉淀真空干燥，即得。
实施例1 一种透皮给药的微针
所述微针由以下步骤制备得到：
S1、将冰片溶解于含有20mg/mL吐温-80的95％乙醇溶液中，使冰片溶解后的浓度为50mg/mL，加入体积比为1:30，浓度为50mg/mL的马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液，搅拌混合，再加入体积比为50:1，浓度为10μg/mL的双端巯基化的PEG溶液，搅拌混合30min，得微针针体溶液；
S2、将牡蛎多糖加入浓度为100mg/mL的透明质酸溶液中，使牡蛎多糖的浓度为30mg/mL，混合均匀，再加入脑源性神经营养因子(BDNF)，使BDNF的浓度为50ng/mL，混合均匀，得微针基底溶液；
S3、将步骤S1所得微针针体溶液加至PDMS微针模板的集液区，4500rpm离心30min，用棉签去除集液区表面残余溶液，于37℃真空干燥箱干燥4h，得微针针体；
S4、将步骤S2所得微针基底溶液加至步骤S3所得微针针体之上，4500rpm离心30min，于37℃真空干燥箱干燥24h，用医用压敏胶带将形成的微针贴片从模具上垂直脱模，得针长为400μm，密度为100根/cm2，针底宽度为200μm的微针。
其中，所述透明质酸的分子量为1000KDa；所述双端巯基化的PEG的分子量为1000Da；所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的PEG的质量分数比为1:30:0.00012；所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:3.3；所述PDMS微针模板用10％十二烷基磺酸钠(SDS)溶液超声清洗，室温下风干后再使用。
实施例2 一种透皮给药的微针
所述微针由以下步骤制备得到：
S1、将冰片溶解于含有50mg/mL吐温-80的95％乙醇溶液中，使冰片溶解后的浓度为10mg/mL，加入体积比为1:10，浓度为100mg/mL的马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液，搅拌混合，再加入体积比为100:1，浓度为10μg/mL的双端巯基化的PEG溶液，搅拌混合30min，得微针针体溶液；
S2、将牡蛎多糖加入浓度为200mg/mL的透明质酸溶液中，使牡蛎多糖的浓度为10mg/mL，混合均匀，再加入脑源性神经营养因子(BDNF)，使BDNF的浓度为100ng/mL，混合均匀，得微针基底溶液；
S3、将步骤S1所得微针针体溶液加至PDMS微针模板的集液区，6000rpm离心60min，用棉签去除集液区表面残余溶液，于20℃真空干燥箱干燥2h，得微针针体；
S4、将步骤S2所得微针基底溶液加至步骤S3所得微针针体之上，6000rpm离心60min，于20℃真空干燥箱干燥6h，用医用压敏胶带将形成的微针贴片从模具上垂直脱模，得针长为1000μm，密度为400根/cm2，针底宽度为300μm的微针。
其中，所述透明质酸的分子量为200KDa；所述双端巯基化的PEG的分子量为1000Da；所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的PEG的质量分数比为1:100:0.0001；所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:20；所述PDMS微针模板用10％十二烷基磺酸钠(SDS)溶液超声清洗，室温下风干后再使用。
实施例3 一种透皮给药的微针
所述微针由以下步骤制备得到：
S1、将冰片溶解于含有5mg/mL吐温-80的95％乙醇溶液中，使冰片溶解后的浓度为100mg/mL，加入体积比为1:50，浓度为30mg/mL的马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液，搅拌混合，再加入体积比为10:1，浓度为10μg/mL的双端巯基化的PEG溶液，搅拌混合30min，得微针针体溶液；
S2、将牡蛎多糖加入浓度为50mg/mL的透明质酸溶液中，使牡蛎多糖的浓度为50mg/mL，混合均匀，再加入脑源性神经营养因子(BDNF)，使BDNF的浓度为10ng/mL，混合均匀，得微针基底溶液；
S3、将步骤S1所得微针针体溶液加至PDMS微针模板的集液区，1000rpm离心1min，用棉签去除集液区表面残余溶液，于50℃真空干燥箱干燥6h，得微针针体；
S4、将步骤S2所得微针基底溶液加至步骤S3所得微针针体之上，1000rpm离心1min，于50℃真空干燥箱干燥48h，用医用压敏胶带将形成的微针贴片从模具上垂直脱模，得针长为200μm，密度为20根/cm2，针底宽度为100μm的微针。
其中，所述透明质酸的分子量为500KDa；所述双端巯基化的PEG的分子量为1000Da；所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的PEG的质量分数比为1:15:0.001；所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:1；所述PDMS微针模板用10％十二烷基磺酸钠(SDS)溶液超声清洗，室温下风干后再使用。
对比例1 一种微针
与实施例1不同之处在于，对比例1微针针体中不含有冰片，其余参数及操作参见实施例1。
对比例2 一种微针
与实施例1不同之处在于，对比例2微针基底中不含有BDNF，其余参数及操作参见实施例1。
实验例1 微针机械性能测试
测定实施例1～3制备的微针的机械性能，其中，实施例1的机械性能测试结果参见图2，实施例2～3机械性能与实施例1相似。
由图2可见，作用在实施例1制备的微针上的力随着微针针尖位移的增加而增大，在针尖位移达到342μm时才出现明显的转换点，最大失效力可达1.6N/针，远高于刺穿皮肤所需的0.15N/针的机械强度，可以快速穿过皮肤角质层。
实验例2 微针释放动力学测定
通过透皮给药检测装置测定实施例1～3制备的微针的释放动力学情况，其中，实施例1的释放动力学情况参见图3，实施例2～3释放动力学情况与实施例1相似。
由图3可见，当微针与模拟体液接触后，微针中的冰片分子开始快速释放，在0.5h内累计释放接近30％，1h内累计释放量超过40％；相对的，BDNF分子在0.5h内仅释放不足5％，而在1h后才开始表现出快速释放的动力学特性。这表明所构建的微针系统优先释放冰片分子，后续释放BDNF分子，并且显著提高了BDNF分子的释放速度，这种释放方式利用冰片引药上行和打开机体生物屏障的功能特性，可以达到后续生物活性物质的快速有效渗透，降低其活性损失的效果。
实验例3 微针干预对RAW264.7炎症细胞生物学功能的影响
将LPS诱导的RAW264.7炎症细胞悬液加于无菌培养皿内，并确保培养皿内充满培养基，再将剥离的SD大鼠皮肤覆盖于培养皿表面，确保皮肤内侧与培养基接触，最后，将实施例1和对比例1～2制备的微针压按至SD大鼠皮肤表面，确保微针针尖穿透皮肤并与培养基接触，24h后测定RAW264.7炎症细胞NF-κB表达的荧光反应和细胞内的ROS含量，结果参见图4～5。
由图4可见，微针给药24h后，模型组、对比例1(微针组A)和对比例2(微针组B)中细胞均出现NF-κB表达的荧光反应，而实施例1(微针组C)中联合使用冰片和BDNF后，NF-κB荧光反应消失，表明其炎症激活状态得到明显抑制。
由图5可见，LPS诱导炎症细胞损伤后，模型组细胞内ROS的含量显著增加，实施例1(微针组C)和对比例1～2(微针组A、B)组微针给药后，细胞内ROS含量均出现不同程度降低，其中，本发明实施例1微针(微针组C)给药后，细胞内ROS含量降低幅度最大，表明本发明实施例1微针干预对细胞氧化应激损伤具有显著的修复效果。
实验例4 微针干预对小鼠氧化应激模型的影响
对采用环磷酰胺给药处理的小鼠模型(氧化应激模型)进行本发明实施例1、对比例1～2的微针给药治疗，其中，不予治疗的模型组作为对照组，6天后测定小鼠的体重变化和血清丙二醛(MDA)水平，测定结果参见图6～7。
由图6可见，模型对照组小鼠经环磷酰胺造模后，体重显著降低，而微针干预治疗可以显著增加小鼠体重，其中，实施例1(微针组C)微针治疗后小鼠体重增加最为明显
由图7可见，模型对照组小鼠经环磷酰胺造模后，MDA水平显著升高，而微针干预可以显著降低氧化应激小鼠血清中的MDA水平，其中，实施例1(微针组C)降低效果最为明显。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种透皮给药的微针，其特征在于，包括基底和针体；所述基底中含有活性药物，所述针体中含有可增加皮肤通透性的冰片；所述针体由冰片溶液、马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液、双端巯基化的高分子溶液混合制成；所述基底由生物相容性可降解高分子成分和活性药物的混合溶液制成；所述生物相容性可降解高分子成分为牡蛎多糖和透明质酸；
所述冰片、马来酰亚胺修饰的透明质酸、双端巯基化的高分子的质量分数比为1:(15～100):(0.0001～0.001)；所述牡蛎多糖和透明质酸的质量分数比为1:(1～20)；所述透明质酸或马来酰亚胺修饰的透明质酸的分子量为200～1000KDa；所述双端巯基化的高分子的分子量为1000Da。
2.根据权利要求1所述微针，其特征在于，所述冰片溶液为含有5～50mg/mL吐温-80的95％乙醇溶液。
3.根据权利要求2所述微针，其特征在于，所述双端巯基化的高分子为双端巯基化的PEG、双端巯基化的多肽或双端巯基化的多糖。
4.根据权利要求1所述微针，其特征在于，所述牡蛎多糖的制备方法包括以下步骤：
取牡蛎内脏组织分别于石油醚、75～80％乙醇溶液中浸泡，干燥、粉碎，得牡蛎粗粉；将牡蛎粗粉加入水中超声提取，离心后将得到的上清液浓缩，加入无水乙醇沉淀，离心后将得到的沉淀干燥，即得。
5.根据权利要求1所述微针，其特征在于，所述活性药物包括小分子药物、中药提取物、蛋白质、多肽、细胞因子、基因、抗体和多糖。
6.根据权利要求5所述微针，其特征在于，所述微针由如下方法制备得到：
S1、将冰片溶液与马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液混合，再加入双端巯基化的高分子溶液，搅拌均匀，得微针针体溶液；
S2、将牡蛎多糖加入透明质酸溶液中，混合均匀，再加入活性药物，混合均匀，得微针基底溶液；
S3、将步骤S1所得微针针体溶液加至微针模板的集液区，离心，干燥，得微针针体；
S4、将步骤S2所得微针基底溶液加至步骤S3所得微针针体之上，离心，干燥，脱模，得微针。
7.根据权利要求1～5任一所述微针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将冰片溶液与马来酰亚胺修饰的透明质酸溶液混合，再加入双端巯基化的高分子溶液，搅拌均匀，得微针针体溶液；
B、将牡蛎多糖加入透明质酸溶液中，混合均匀，再加入活性药物，混合均匀，得微针基底溶液；
C、将步骤 A所得微针针体溶液加至微针模板的集液区，离心，干燥，得微针针体；
D、将步骤B所得微针基底溶液加至步骤C所得微针针体之上，离心，干燥，脱模，得微针。
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