MX2012012563A

MX2012012563A - Dispositivo medico con nanopatron con interaccion celular mejorada.

Info

Publication number: MX2012012563A
Application number: MX2012012563A
Authority: MX
Inventors: Russell Frederick Ross
Original assignee: Kimberly Clark Co
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-23
Also published as: US20220040464A1; JP5871907B2; US9526883B2; US20130165861A1; RU2012150730A; RU2562885C2; US20170143949A1; AU2011288209A1; RU2012150726A; US10806914B2; CN102958557A; JP5868953B2; WO2011135533A2; US12064582B2; KR20130058703A; EP2563453A4; WO2012020332A2; JP5860453B2; US20130144217A1; BR112012027672A2

Abstract

Están descritos los dispositivos y métodos a base de nanotopografía para interactuar con un componente de un tejido conector dérmico. Los dispositivos incluyen estructuras fabricadas sobre una superficie para formar una nanotopografía. Un patrón al azar o no al azar de las estructuras puede ser fabricado tal como un patrón complejo incluyendo estructuras de diferentes tamaños y/o de diferentes formas. Las microagujas pueden ser benéficamente utilizadas para la entrega de un agente a una célula o tejido. Los dispositivos pueden ser utilizados para alterar directamente o indirectamente el comportamiento de célula a través de la interacción de una nanotopografía fabricada con la membrana de plasma de una célula y/o con un componente de matriz extracelular.

Description

DISPOSITIVO MÉDICO CON NANOPATRON CON INTERACCIÓN CELULAR MEJORADA REFERENCIA CRUZADA A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama la prioridad de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos de América número de serie 61/328,723 que tiene una fecha de presentación del 28 de abril del 2010, de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos de América serie número 61/411,071 que tiene una fecha de presentación del 8 de noviembre del 2010 y de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos de América serie número 61/435,939 que tiene una fecha de presentación del 25 de enero del 2011, todas la cuales son incorporadas aqui en su totalidad por referencia.

ANTECEDENTES La entrega de drogas especificada o con objetivo en la cual un agente (por ejemplo, una droga o un terapéutico) es proporcionado en un estado activo para una célula especifica o un tipo de tejido a unas concentraciones especificas es un objetivo largamente buscado. Muchas dificultades deben ser superadas para alcanzar este objetivo. Por ejemplo, un agente debe primero ser entregado exitosamente en el objetivo deseado. Los métodos de entrega primarios actualmente usados incluyen las inyecciones y la entrega oral, Sin embargo, las inyecciones son dolorosas y ambos métodos tienden a proporcionar estallidos de agentes más bien que una entrega de estado estable preferida. Adicionalmente , el cuerpo humano ha desarrollado muchos sistemas para evitar el influjo de sustancias extrañas tal como una degradación enzimática en el tracto gastrointestinal, los componentes estructurales que evitan la absorción a través del epitelio, la separación hepática y la respuesta del cuerpo inmune y extraña.

Los materiales de entrega transdérmica se han desarrollado en un intento de proporcionar una ruta sin dolor para la entrega de agentes activos sobre un periodo sostenida. A fin de tener éxito, un esquema transdérmico debe entregar un agente desde la epidermis, la cual ha evolucionado con la función primaria de mantener a las sustancias extrañas afuera. La capa más exterior de la epidermis, el estrato córneo, tiene una estabilidad estructural proporcionada por los correositos, traslapantes y las fibras de keratina entrecruzadas mantenidas juntas por los coreodesmosomas y embebidas dentro de una matriz de lipido, todo lo cual proporciona unan función de barrera excelente. Debajo del estrato córneo esta el estrato granulosum, dentro del cual son formadas las juntas apretadas entre los keratinocitos . Las juntas apretadas son estructuras de barrera que incluyen una red de proteínas transmembrana embebidas en las membranas de plasma adyacentes (por ejemplo, claudinas, ocludina y las moléculas de adhesión de junta) así como múltiples proteínas de placa (por ejemplo, ZO-1, ZO-2, ZO-3, cingulina, simplekina) . Las juntas apretadas son encontradas en el epitelio interno (por ejemplo, el epitelio intestinal, la barrera de la sangre - cerebro) asi como en el estrato granuloso de la piel. Debajo de ambos el estrato córneo y el estrato granulosum yace el estrato espinoso. El estrato espinoso incluye las células Langerhans, las cuales son células dendriticas que pueden hacerse completamente células que presentan antigeno funcionalmente y pueden instituir una respuesta inmune y/o una respuesta al cuerpo extraño en relación con un agente invasor.

A pesar de las dificultades del entrecruzamiento de los limites naturales, se ha hecho un progreso en lograr la entrega de agentes activos, por ejemplo, la entrega transdérmica . Desafortunadamente, los métodos de entrega transdérmica están actualmente limitados a la entrega de agentes de peso molecular bajo que tienen una lipofilicidad moderada y ninguna carga. Aún con un entrecruzamiento exitoso del limite natural, existen aún problemas respecto al mantenimiento del nivel de actividad de los agentes entregados y la prevención de una respuesta inmune y de cuerpo extraño.

La utilización de métodos complementarios para facilitar la entrega transdérmica de los agentes activos ha mejorado esta ruta de entrega. Por ejemplo, los dispositivos de microagujas se han encontrado que son útiles en el transporte de materiales adentro de la piel o a través de esta. En general, un dispositivo de una microaguja incluye un arreglo de agujas que pueden penetrar el estrato córneo de la piel y alcanzar una capa subyacente. Los ejemplos de los dispositivos técnico agujas que se han descrito están en la patente de los Estados Unidos de América número 6,334,856 otorgada a Alien y otros y la patente de los Estados Unidos de América número 7,226,439 otorgada a Prausnitz y otros , ambas de las cuales son incorporadas aquí por referencia. Sin embargo, como se discutió aqui anteriormente, la entrega transdérmica presenta dificultades adicionales más allá de la barrera del estrato córneo. En particular, una vez que un agente ha sido entregado a un área especifica de objetivo, es aún necesario que tenga lugar una utilización adecuada sin destruir el agente o la instigación de una respuesta inmune. Por ejemplo, el alentar la endocitosis de un agente activo de objetivo al interior de una célula presenta dificultades.

Los investigadores han obtenido un entendimiento del mundo molecular en el cual ocurren las actividades de entrega en un intento de superar tales problemas. Por ejemplo, el quitosano se ha encontrado que es efectivo en juntas apretadas abiertas en el epitelio intestinal (vea, por ejemplo, Sapra y otros, AAPS Pharm. Sci. Tech., 10(1), Marzo, 2009: Kaushal y otros, Sci. Pharm, 2009: 77; 877-897), y la entrega de los agentes activos a través de la endocitosis de nanoparticulas etiquetadas se ha descrito (vea, por ejemplo, la patente de los Estados Unidos de América número 7,563,451 otorgada a Lin y otros, la patente de los Estados Unidos de América número 7,544,770 otorgada a Haynie) . En adición, la nanotopografia de una superficie adyacente a una célula se ha encontrado que afecta las características adhesivas entre las dos así como el comportamiento de célula de efecto incluyendo la morfología, la misión, la arquitectura de citoesqueleto, la proliferación, y la diferenciación (vea, por ejemplo, Hart y otros, Células y Materiales Europeos, Volúmen 10, Suplemento 2, 2005; Lim y otros, J R Soc. interface, Marzo 22, 2005, 2(2), 97-108; Yim y otros, Biomateriales, Septiembre, 2005, 26(26), 5405-5413). Como una extensión de esta investigación inicial, la nanotopografía del sustrato de soporte esta examinado para usarse en la ingeniería de tejidos (vea, por ejemplo, la publicación de la solicitud de patente de los Estados Unidos de América número 2008/0026464 de Borenstein y otros y la publicación de la solicitud de patente de los Estados Unidos de América número 2008/0311172 de Schapira y otros) .

Aún cunado lo anterior describe mejoras en el arte, aún no existe un lugar para la mejoría. Por ejemplo, serían benéficos los dispositivos y métodos que proporcionan una entrega eficiente de agentes activos mientras que disminuyen el potencial de respuesta inmune y de cuerpo extraño a ambos el dispositivo de entrega y a los agentes entregados.

SÍNTESIS De acuerdo con la incorporación de la presente invención, está descrito un dispositivo métrico que comprende un arreglo de microagujas que se extienden hacia fuera desde un soporte. Por lo menos una de las microagujas comprende una pluralidad de nanoestructuras formadas sobre una superficie del mismo, las nanoestructuras estando arregladas en un patrón determinado previamente.

De acuerdo con otra incorporación de la presente invención, está descrito un método para entregar un compuesto de droga a una ubicación subdérmica. El método comprende el penetrar el estrato córneo con una microaguja que está en comunicación de fluido con el compuesto de droga, la microaguja conteniendo una pluralidad de nanoestructuras formadas sobre una superficie de la misma y agregadas en un patrón; y transportar el compuesto de droga a través de la microaguja desde el estrato córneo.

En aún otra incorporación de la presente invención, está descrito un dispositivo métrico que comprende una pluralidad de estructuras de tamaño nano que se han fabricado sobre la superficie y que describen una nanotopografia fabricada. También está descrito un método para formar un dispositivo médico que comprende el fabricar un patrón de nanoestructuras sobre una superficie de una microaguja.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Una descripción completa u permisiva de la materia especifica, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a uno con una habilidad ordinaria en el arte, se establece más particularmente en el resto de la descripción, la cual hace referencia a las figuras anexas en las cuales: La Figura 1 es una incorporación de un dispositivo de microaguj a .

La Figura 2 ilustra otra incorporación de un dispositivo de microaguja.

La Figura 3 ilustra una incorporación de una microaguja incluyendo una superficie que define una nao topografía que puede interactuar con una matriz extra celular (EC ) .

La Figura 4 ilustra una incorporación de un patrón complejo que puede ser formado sobre una superficie de microaguj a .

La Figura 5 ilustra un patrón que incluye repeticiones múltiples del patrón complejo de la Figura 4.

La Figura 6 ilustra un fractal de triángulo Sierpinski .

Las Figuras 7A-7D ilustran nanotopografxas fractal y de tipo fractal.

La Figura 8 ilustra otro patrón complejo que puede ser formado sobre una superficie de microaguja.

La Figura 9 ilustra densidades de empaque de ejemplo como pueden ser utilizadas para las estructuras de tamaño nano como se describió aquí incluyendo un diseño de empaque cuadrado (Figura 9A) , un diseño de empaque hexagonal (Figura 9B) y un diseño de empaque de circulo (Figura 9C) .

La Figura 10 ilustra un método para determinar el TEER de una capa celular.

Las Figuras 11A-11C ilustran esquemáticamente un método de nanoimpresión como puede ser utilizado en una incorporación en la formación de un dispositivo.

La Figura 12 ilustra esquemáticamente una incorporación de un dispositivo.

La Figura 13 es una vista en perspectiva de una incorporación de un parche transdérmico antes de la entrega de un compuesto de droga.

La Figura 14 es una vista frontal del parche de la Figura 13.

La Figura 15 es una vista en perspectiva del parche de la Figura 13 en el cual el miembro de liberación es parcialmente retirado del parche.

La Figura 16 es una vista frontal del parche de la figura 13.

La Figura 17 es una vista en perspectiva del parche transdérmico de la Figura 13 después de la remoción del miembro de liberación y durante el uso.

La Figura 18 es una vista frontal del parche de la Figura 17.

La Figura 19 es una vista en perspectiva de otra incorporación de in parche transdérmico antes de la entrega de un compuesto de droga.

La Figura 20 es una vista frontal del parche de la Figura 19.

La Figura 21 es una vista en perspectiva del parche de la Figura 19 en el cual el miembro de liberación está parcialmente pelado hacia fuera del parche.

La Figura 22 es una vista frontal del parche de la Figura 21.

La Figura 23 es una vista en perspectiva del parche la Figura 19 en el cual el miembro de liberación está completamente pelado hacia fuera del parche.

La Figura 24 es una vista en perspectiva del parche transdérmico de la Figura 19 después de la remoción del miembro de liberación y durante el uso.

Las Figuras 25A-25E ilustran varios patrones de nanotopografia como se describe aquí.

La Figura 26 es una SEM de una película incluyendo una superficie con nanopatron.

La Figura 27A y la Figura 27B son dos SEM de una película incluyendo otra superficie con nanopatron.

La Figura 28 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatron.

La Figura 29 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatron .

La Figura 30 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatrón .

La Figura 31 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatrón.

La Figura 32 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatrón .

La Figura 33 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatrón.

La Figura 34 es una imagen de microscopía exploración electrónica de una película incluyendo otra superficie con nanopatrón .

La Figura 35 ilustra gráficamente los efectos de la permeabilidad de albúmina de suero bovino (BSA) en una monocapa de células de películas de poliestireno formadas con patrón con nanopatrones como se describió aquí.

La Figura 36A y la Figura 36B ilustran gráficamente los efectos sobre la permeabilidad a la inmunoglobulina-G (IgG) en una monocapa de células sobre películas de poliestireno formadas con patrón con nanopatrones como se describió aquí.

La Figura 37A y la Figura 37B son imágenes de manchado con fluoresceína vivas/muertas de 3 dimensiones mostrando que el transporte para celular y transcelular de la inmunoglobulina-G a través de una monocapa de células sobre una superficie con patrón de poliestireno como se describe aquí.

La Figura 36 ilustra gráficamente los efectos sobre la tonalidad a la albúmina de suero bovino en una monocapa de células sobre películas de polipropileno con patrón con nanopatrones como se describió aquí.

La Figura 39 ilustra gráficamente los efectos sobre la permeabilidad respecto de la albúmina de suero bovino en una monocapa de células sobre películas de polipropileno con patrón con nanopatrones como se describió aquí.

La Figura 40A y 40B son imágenes de manchado de fluoresceína vivas/muertas 3D mostrando el transporte para celular de albúmina de suero bovino a través de una monocapa de células sobre una superficie con patrón de polipropileno como se describió aquí.

Las Figuras 41A-41F son imágenes de microscopía de exploración electrónica (SEM) de células cultivadas sobre una superficies con nanopatrón como se describió aquí.

La Figura 42 ilustra los efectos sobre la permeabilidad a etanercept en una monocapa de células sobre patrones de película de polipropileno o de poliestireno con nanopatrones como se describió aquí.

La Figura 43 ilustra el aumento de la permeabilidad al etanercept de una capa celular después de dos horas de contacto con patrones de películas de polipropileno o de poliestireno con nanopatrones como se ha descrito aquí.

La Figura 44 es un arreglo de microagujas incluyendo una capa de superficie que define un patrón de nanoestructuras sobre la misma.

La Figura 45 es una microaguja única del arreglo de la Figura 44.

La Figura 46 gráficamente ilustra el perfil PK de una proteína terapéutica entregada con un dispositivo como se describió aquí.

La Figura 47A y la Figura 47B son imágenes en sección transversal de piel después de la entrega transdérmica de una proteina terapéutica a través de la piel. La Figura 47A es una sección transversal de piel que estuvo en contacto con un dispositivo transdérmico que define una nanotopografía sobre la misma, y la Figura 47B es una sección transversal de piel que estuvo en contacto con un dispositivo transdérmico no incluyendo un patrón de nanotopografía sobre la misma.

La Figura 48 gráficamente ilustra gráficamente la concentración de suero de sangre de una proteína terapéutica entregada por un dispositivo como se describe aquí.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS INCORPORACIONES REPRESENTATIVAS Se hará ahora referencia en detalle en varias incorporaciones de materia específica descrita, uno o más ejemplos de la cual se establecen abajo. Cada ejemplo se proporciona por vía de explicación y no de limitación. De hecho, se hará evidente par a los expertos en el arte el que puedan hacerse varias modificaciones y variaciones en la presente descripción sin departir del alcance o del espíritu de la materia específica. Por ejemplo, las características ilustradas y descritas como parte de incorporación pueden ser usadas en otra incorporación para dar a+un una incorporación adicional. Por tanto, se intenta que la presente descripción cubra tales modificaciones y variaciones como cada invento del alcance de las reivindicaciones anexas y de sus equivalentes.

Esta descrito un dispositivo médico que incluye aqui un patrón de estructuras fabricados sobre una superficie, por lo menos una parte de los cuales están fabricadas sobre una escala de nanómetro. Como se utilizó aqui, el término "fabricados" se refiere generalmente a una estructura que se ha diseñado específicamente, se ha construido con ingeniería y/o será constituido como para existir en una superficie de dispositivo médico y no debe ser igualado con una característica de superficie que es meramente producto incidental del proceso de formación del dispositivo. Por tanto, habrá un patrón predeterminado de nanoestructuras sobre la superficie de las microagujas.

El dispositivo médico puede ser construido de una variedad de materiales, incluyendo metales, cerámicas, semiconductores, orgánicos, polímeros, etc. así como compuestos de los mismos. Por vía de ejemplo, un acero inoxidable de clase farmacéutica, titanio, níquel, hierro, oro, estaño, cromo, aleaciones de estos o de otros metales, silicio, dióxido de silicio y polímeros pueden ser utilizados. Típicamente, el dispositivo está formado de un material biocompatible que es capaz de llevar un patrón de estructuras como se describe aquí sobre una superficie. El término "biocompatible" se refiere al material que no afecta en forma esencialmente adversa las células o tejidos en el área en donde el dispositivo va a ser entregado. También se intenta que el material no provoque ningún efecto esencialmente indeseable en términos médicos en cualesquier otras áreas del sujeto viviente. Los materiales biocompatibles pueden ser sintéticos o pueden ser naturales. Algunos ejemplos de los materiales biocompatibles adecuados los cuales son también biodegradables, incluyen los polímeros de hidroxi ácidos tal como el ácido láctico y el poliláctido de ácido glicólico, el poliglicolido, el poliláctido-co glicolido, los copolímeros con polietilenglicol , los polianhidridos , los poli (orto) ésteres, los poliuretanos , los poli (ácido buticrílico) , el poli (ácido valérico) , y poli ( láctido-co-caprolactona) . Otros materiales adecuados pueden incluir, sin limitación, el policarbonato, el ácido polimetacrilico, el acetato de etilenvinilo, el politetrafluoretileno, y los poliésteres. El dispositivo puede en forma similar ser no poroso o puede ser poroso en naturaleza, puede ser homogéneo o heterogéneo a través del dispositivo con respecto a los materiales, geometría, solidez, y pueden tener una forma fija rígida o una forma casi flexible.

Sin importar los materiales empleados, el dispositivo puede ser usado para la interacción con el tejido, tal como en la entrega de un agente bioactivo a una célula. Por ejemplo, el dispositivo médico puede ser usado para entregar un agente al tejido o a uno o más tipos de células del tejido, para un soporte estructural de un tejido, para la remoción de una parte o de un componente del tejido y otro. El dispositivo médico puede ser usado en una incorporación para transportar una sustancia a través de una capa o de más capas de la piel. Durante el uso, el dispositivo puede interactuar con los componentes biológicos circundantes y regular o modular (por ejemplo, cambiar) intracelular y/o la transducción intracelular y/o la señal intracelular asociada con las interacciones de célula/célula, y la endocitosis, la respuesta inflamatoria y otros. Por ejemplo, a través de la interacción entre la nanotopografia sobre una superficie del dispositivo médico y los materiales biológicos circundantes o estructuras biológicas circundantes, el dispositivo puede regular y/o modular el potencial de membrana, las proteínas de membrana, y/o las juntas intercelulares (por ejemplo, las juntas apretadas, las juntas de separación y/o los desmamosomas ) . El dispositivo puede ser utilizado para la entrega transdérmica de agentes o retiro de materiales sin instigar un cuerpo extraño o una respuesta inmune.

En una incorporación, el dispositivo es una microaguja o un arreglo de microaguja aún cuando deberá entenderse que los dispositivos no están limitados a las microagujas. Las microagujas pueden ser útiles y transportar el material a través de las barreras biológicas tal como la piel, la barrera de sangre-cerebro, los tejidos mucosales, los vasos de sangre y linfoma, y otros. La Figura 1 ilustra un dispositivo de microaguja típico 10. Como puede verse, el dispositivo incluye un arreglo de agujas individuales 12, cada uno formado de un tamaño y forma como para penetrar una barrera biológica y rompimiento de las microagujas individuales, las microagujas pueden ser sólidas, tal como la Figura 1, porosas, o pueden incluir una parte hueca. Una microaguja puede incluir una parte hueca, por ejemplo, un orificio anular que puede extenderse a través de toda o una parte de la aguja, extendiéndose paralela a la dirección de la aguja o ramificación, o salir en un lado de la aguja, como sea apropiado. Por ejemplo, la Figura 2 ilustra un arreglo de microagujas 14 cada una incluyendo un canal 16 en un lado de las agujas como pueden ser utilizadas, por ejemplo, para la entrega de un agente en una ubicación subdérmica. Por ejemplo, un canal 16 puede por lo menos estar en alineación parcial con una abertura en la base 15 como para formar una junta entre la abertura y el canal 16 permitiendo el paso de una sustancia a través del canal 16.

Las dimensiones del canal 16, cuando está presente, pueden ser seleccionadas específicamente para inducir el flujo capilar generalmente ocurre cuando las fuerzas adhesivas de un fluido a las paredes de un canal son mayores que las fuerzas cohesivas entre las moléculas de líquido. Específicamente, la presión capilar es inversamente proporcional a la dimensión en sección transversal del canal 16 y directamente proporcional a la tensión de superficie de líquido, multiplicada por el coseno del ángulo de contacto de fluido en contacto con el material que forma el canal. Por tanto, para facilitar el flujo capilar en el parche, la dimensión en sección transversal (por ejemplo, ancho, diámetro, etc.) del canal 16 puede ser controlada selectivamente, con las dimensiones más pequeñas generalmente resultando en una presión capilar más alta. Por ejemplo, en lagunas incorporaciones, la dimensión de sección transversal del canal típicamente varía de desde alrededor de un micrómetro a alrededor de 100 micrómetros, en algunas incorporaciones de desde alrededor de 5 micrómetros a alrededor de 50 micrómetros, y en algunas incorporaciones de desde alrededor de 10 micrómetros a alrededor de 30 micrómetros. La dirección puede ser constante o esta puede variar como una función de la longitud del canal 16. La longitud del canal puede también variar para acomodar diferentes volúmenes, diferentes tasas de flujo, y diferentes tiempos de permanencia para el compuesto de droga. Por ejemplo, la longitud puede variar de desde alrededor de 10 micrómetros a alrededor de 800 micrómetros, en algunas incorporaciones de desde alrededor de 50 micrómetros a alrededor de 500 micrómetros, y en algunas incorporaciones, de desde alrededor de 100 micrómetros a alrededor de 300 micrómetros. El área en sección transversal del canal también puede variar. Por ejemplo, el área en sección transversal puede ser de desde alrededor de 50 micrómetros cuadrados a alrededor de 1000 micrómetros cuadrados, el algunas incorporaciones de desde alrededor de 100 micrómetros cuadrados a alrededor de 500 micrómetros cuadrados, y en algunas incorporaciones, de desde alrededor de 150 micrómetros cuadrados a alrededor de 350 micrómetros cuadrados. Además, la proporción de aspecto (dimensión de longitud/sección transversal) del canal puede variar de desde alrededor de 1 a alrededor de 50, en algunas incorporaciones de desde alrededor de 5 alrededor de 40 y en algunas incorporaciones de desde alrededor de 10 a alrededor de 20. En los casos en donde la dimensión en sección transversal (por ejemplo ancho, diámetro, etc.) y/o longitud varían como una función de la longitud, la proporción de aspecto puede determinada desde las dimensi< es promedio.

Deberá entenderse que el número de microagujas mostrado en las figuras es para propósitos ilustrativos solamente. El número real de las microagujas usadas en un conjunto de microagujas puede, por ejemplo, variar de desde alrededor de 500 microagujas a alrededor de 10,000 microagujas, en algunas incorporaciones de desde alrededor de 2000 microagujas a alrededor de 8000 microagujas y en algunas incorporaciones de desde alrededor de 4000 microagujas a alrededor de 6000 microaguj as .

Una microaguja individual puede tener un eje recto o un eje ahusado. En una incorporación, el diámetro de la microaguja puede ser más grande que el extremo de base de la microaguja y ahusar a un punto en el extremo distal a la base. Una microaguja puede también ser fabricada para tener una flecha o eje que incluye ambas una parte recta (no ahusada) y una parte ahusada .

Una microaguja puede ser formada con un eje que es circular o no circular en la sección transversal. Por ejemplo, la sección transversal de una microaguja puede ser poligonal (por ejemplo, de forma de estrella, cuadrada, triangular) , oblonga o de cualquier otra forma. El eje puede tener uno o más orificios y/o canales.

El tamaño de las agujas individuales puede ser optimizado dependiendo de la profundidad de objetivo deseada, los requerimientos de resistencia de la aguja para evitar el rompimiento en un tipo de tejido particular. Por ejemplo, la dimensión de sección transversal de una microaguja transdérmica puede ser de entre alrededor de 10 nanómetros (nm) y 1 milímetro (mm) , o de entre 1 micrómetro (µ??) y alrededor de 200 micrómetros o de entre alrededor de 10 micrómetros y alrededor de 100 micrómetros. El diámetro exterior puede ser de entre alrededor de 10 micrómetros y alrededor de 100 micrómetros y el diámetro interior de la aguja hueca puede ser de entre alrededor de 3 micrómetros y alrededor de 80 micrómetros. La punta típicamente tiene un radio que es menor de alrededor de 1 micrómetro o igual a alrededor de 1 micrómetro.

La longitud de una microaguja generalmente dependerá de la aplicación deseada. Por ejemplo, una microaguja puede ser de entre alrededor de un micrómetro y alrededor de 1 milímetro de longitud, por ejemplo alrededor de 500 micrómetros o menos, o de entre alrededor de 10 micrómetros y alrededor de 500 micrómetros o de entre alrededor de 30 micrómetros a alrededor de 200 micrómetros .

Un arreglo de microagujas no requiere incluir microagujas que sean todas idénticas unas a otras. Un arreglo puede incluir una mezcla de microagujas que tienen varias longitudes, diámetros exteriores, varios diámetros interiores, varias formas en sección transversal, varias superficies nanoestructuradas , y/o varios espaciamientos entre las microagujas. Por ejemplo, las microagujas pueden estar espaciadas y separadas en una manera uniforme, tal como en una forma de rejilla rectangular o cuadrada o en circuios concéntricos. El espaciamiento puede depender de numerosos factores, incluyendo la altura y el ancho de las microagujas, as+i como la cantidad y el tipo de cualquier sustancia que se intenta que sea movida a través de las microagujas. Aún cuando una variedad de arreglos de microagujas es útil, un arreglo particularmente útil de microagujas es de un espaciamiento de "punta-a-punta" entre las microagujas de alrededor de 50 micrómetros o más, en algunas incorporaciones de alrededor de 100 micrómetros a alrededor de 800 micrómetros, y en algunas incorporaciones de alrededor de 200 micrómetros a alrededor de 600 micrómetros.

Refiriéndonos de nuevo a la Figura 1, las microagujas pueden ser mantenidas sobre un sustrato 20 (por ejemplo, sujetadas a un sustrato o en forma unitaria con un sustrato) de manera que estas está orientadas perpendiculares o a un ángulo respecto de la estructura. En una incorporación, las microagujas pueden estar orientadas perpendicularmente al sustrato y una densidad más grande de microagujas por área de unidad del sustrato puede ser proporcionada. Sin embargo, un arreglo de microagujas puede incluir una mezcla de orientaciones de microagujas, alturas, materiales u otros parámetros. El sustrato 20 puede ser construido de una hoja r+égida o de una hoja flexible de metal, de cerámica, de plástico o de otro material. El sustrato 20 puede variar en grosor para satisfacer las necesidades del dispositivo, tal como de alrededor 1000 micrómetros o menos, en algunas incorporaciones desde alrededor de 1 micrómetro a alrededor de 500 micrómetros, y en algunas incorporaciones de desde alrededor de 10 micrómetros a alrededor de 200 micrómetros.

De acuerdo a la presente descripción, una superficie de microaguja puede definir una nanotopografia de la misma en un patrón al azar o en un patrón organizado. La Figura 3 ilustra esquemáticamente los extremos de dos microagujas representativas 22. Las microagujas 22 definen un orificio central 24 como puede ser usado para la entrega de un agente a través de las microagujas 22. La superficie 25 de las microagujas 22 define una nanotopografia 26. En esta incorporación particular, la nanotopografia 26 define un patrón al azar sobre la superficie 25 de la microaguja 22.

Una microaguja puede incluir una pluralidad de estructuras idénticas formadas sobre una superficie o puede incluir diferentes estructuras formadas de varios tamaños, formas y combinaciones de las mismas. Un patrón determinado previamente de la estructura puede incluir una mezcla de estructuras teniendo longitudes, diámetros, formas en sección transversal, y/o espaciamientos entre las estructuras. Por ejemplo, las estructuras pueden estar espaciada s o separadas en una manera uniforme, tal como en una rejilla rectangular, o en una rejilla cuadrada o en circuios concéntricos. En una incorporación, las estructuras pueden varias con respecto al tamaño y/o o forma y pueden formar una nanotopografia compleja. Una nanotopografia compleja puede definir una geometría fractal o de tipo fractal.

Como se utilizó aquí, el término "fractal" se refiere generalmente a una estructura geométrica o física que tiene una forma fragmentada en todas las escalas de medición entre una escala más grande y una escala más pequeña de manera que ciertas propiedades matemáticas o físicas de la estructura se comportan como si las dimensiones de la estructura son mayores que las dimensiones espaciales. Las propiedades matemáticas o las propiedades físicas de interés pueden incluir, el perímetro de una curva o una tasa de flujo en un medio poroso. La forma geométrica de un fractal puede ser dividido en partes, cada una de las cuales define una casi-similaridad . Adicionalmente, un fractal tiene una definición recursiva y tiene una estructura fina a escalas arbitrariamente pequeñas.

Como se utilizó aquí, el término "tipo-fractal" se refiere generalmente a una estructura geométrica o a una estructura física que tiene una o más pero no todas las características de un fractal. Por ejemplo, una estructura tipo fractal puede incluir una forma geométrica que incluye partes casi similares, pero puede no incluir una estructura a una escala arbitrariamente pequeña. En otro ejemplo, la forma geométrica tipo fractal o de estructura física puede disminuir (o aumentar) y la escala igualmente entre las repeticiones de escala, como puede hacerlo un fractal, aún cuando este aumentará o disminuirá entre repeticiones recursivas de una forma geométrica de patrón. Un patrón de tipo fractal puede ser más simple que un fractal, por ejemplo, este puede ser rectangular y ser descrito en forma relativamente más fácil en el lenguaje geométrico Euclideano tradicional, mientras que un fractal puede no serlo.

Una superficie de microagujas definiendo una nanotopografía compleja puede incluir estructuras de la misma forma general (por ejemplo, pilares) y los pilares puede ser formados a diferentes escalas de medición (por ejemplo, pilares de nano-escala así como pilares de microescala) . En otra incorporación, una microaguja puede incluir en las estructuras de superficie que varían en ambos el tamaño y la forma o que varía sólo en la forma mientras que se forman a la escala de tamaño nano mismo. Adicionalmente , las estructuras pueden ser formadas en un arreglo revisado o en una distribución al azar. En general, por lo menos una parte de las estructuras puede ser nanoestructuras formadas sobre una escala de tamaño nano, por ejemplo, definiendo una dimensión en sección transversal sobre una escala de tamaño nano, por ejemplo, defendiendo una dimensión en sección transversal de menos de alrededor de 500 nanómetros, de menos de alrededor de 400 nanómetros, menos de alrededor de 250 nanómetros o de menos de alrededor de 100 nanómetros. La dimensión en sección transversal de las nanoestructuras puede generalmente ser mayor de 5 nanómetros, por ejemplo, mayor de alrededor de 10 nanómetros, o mayor de alrededor de 20 nanómetros. Por ejemplo, las nanoestructuras pueden definir una dimensión en sección transversal dentro de alrededor de 5 nanómetros y alrededor de 500 nanómetros, dentro de alrededor de 20 nanómetros y alrededor de 400 nanómetros, o de entre alrededor de 100 nanómetros a alrededor e 300 nanómetros. En casos en donde la dimensión en sección transversal de una nanoestructura varia como una función de la altura de la nanoestructura, la dimensión en sección transversal puede ser determinada con un promedio desde la base a la punta de las nanoestructuras, o como la dimensión en sección transversal máxima de la estructura, por ejemplo la dimensión en sección transversal en la base de una nanoestructura de forma de cono.

La Figura 4 ilustra una incorporación de una nanotopografia compleja, puede ser formada sobre una superficie. Este patrón particular incluye un pilar largo central 100 y los pilares circundantes 102, 104, de dimensiones más pequeñas proporcionadas en un patrón regular. Como puede verse, este patrón incluye una iteración de pilares, cada uno de los cuales está formado con la misma forma general, pero que varían con respecto de dimensión horizontal. Este patrón complejo particular es un ejemplo de un patrón de tipo fractal que no incluye alteración idéntica en la escala entre las repeticiones recursivas sucesivas. Por ejemplo, aún cuando los pilares 102 son primero nanoestructuras que definen una dimensión horizontal que es de alrededor de un tercio que aquella del pilar más grande 100, el cual es una microestructura, los pilares 104 son segundas nanoestructuras que definen una dimensión horizontal que es alrededor de una mitad que aquella de los pilares 102.

Un patrón que incluye estructuras de diferentes tamaños puede incluir estructuras más grandes que tienen una dimensión en sección transversal formados sobre una escala más grande, por ejemplo, las microestructuras teniendo una dimensión en sección transversal mayor de alrededor de 500 nanómetros en combinación con nanoestructuras más pequeñas. En una incorporación, las microestructuras de una nanotopografia compleja pueden tener una dimensión en sección transversal de entre alrededor de 500 nanómetros y alrededor de 10 nanómetros, entre alrededor de 600 nanómetros y alrededor de 1.5 micrómetros, o de entre alrededor de 650 nanómetros y alrededor de 1.2 micrómetros. Por ejemplo, la nanotopografía compleja de la Figura 4 incluye pilares microdimensionados 100 que tienen una dimensión en sección transversal de alrededor de 1.2 micrómetros.

Cuando un patrón incluye una o más microestructuras más grandes, por ejemplo, teniendo una dimensión en sección transversal mayor de alrededor de 500 nanómetros, determinado ya sea como la dimensión en sección transversal promedio de la estructura o como una dimensión en sección transversal más grande de la estructura, la nanotopografia compleja también incluirá nanoestructuras, por ejemplo, las primeras nanoestructuras, las segundas nanoestructuras de un tamaño y/o forma diferentes, etc. Por ejemplo, los pilares 102 de la nanotopografia compleja de la Figura 4 tienen una dimensión en sección transversal de alrededor de 400 nanómetros, y los pilares 104 tienen una dimensión en sección transversal de alrededor de 200 nanómetros.

Una nanotopografia puede ser formada de cualquier número de elementos diferentes. Por ejemplo, un patrón de elementos puede incluir dos elementos diferentes, puede incluir tres elementos diferentes, un ejemplo del cual se ilustra en la Figura 4, puede incluir cuatro elementos diferentes o más. Las proporciones relativas de la recurrencia de cada elemento diferente también pueden variar. En una incorporación, los elementos más pequeños de un patrón estarán presentes en números más grandes que los elementos más grandes. Por ejemplo, en el patrón de la Figura 4, hay ocho pilares 104 para cada pilar 102, y también hay ocho pilares 102 para el pilar grande central 100. Al aumentar los elementos en tamaño, puede haber generalmente más pocas recurrencias del elemento en la nanotopografia . Por vía de ejemplo, un primer elemento que es de alrededor de 0.5, por ejemplo de entre alrededor de 0.3 y alrededor de 0.7 y en dimensión en sección transversal como un segundo elemento más grande puede estar presente en la topografía por alrededor de cinco veces o más que el segundo elemento. Un primer elemento que es de aproximadamente 0.25 o de entre alrededor de 0.15 y alrededor de 0.3 en la dimensión en sección transversal como un segundo elemento más grande puede estar presente en la topografía por alrededor de 10 veces o más que el segundo elemento.

El espaciamiento de los elementos individuales también puede variar. Por ejemplo, el espaciamiento de centro-a-centro de las estructuras individuales puede ser dentro de alrededor de 50 nanómetros y de alrededor de 1 micrómetro, por ejemplo, de entre alrededor de 100 nanómetros y alrededor de 500 nanómetros. Por ejemplo, el espaciamiento de centro a centro entre las estructuras puede ser sobre una escala de tamaño nano. Por ejemplo, cuando se considera el espaciamiento de las estructuras de tamaño nano, el espaciamiento de centro-a-centro de las estructuras puede ser de menos de alrededor de 500 nanómetros. Esto no es un requerimiento de la topografía, sin embargo, y las estructuras individuales pueden estar separadas adicionalmente . El espaciamiento de centro a centro de las estructuras puede variar dependiendo del tamaño de las estructuras. Por ejemplo, la proporción del promedio de las dimensiones en sección transversal de las dos estructuras adyacentes al espaciamiento de centro a centro entre esas dos estructuras puede ser entre alrededor de 1:1 (por ejemplo, tocando) y de alrededor de 1:4, entre alrededor de 1:1.5 y alrededor de 1:3.5 o de entre alrededor de 1:2 y alrededor de 1:3. Por ejemplo, el espaciamiento de centro a centro puede ser aproximadamente el doble del promedio de las dimensiones en sección transversal de dos estructuras adyacentes. En una incorporación, dos estructuras adyacentes cada una teniendo una dimensión en sección transversal de alrededor de 200 nanómetros puede tener un espaciamiento de centro a centro de alrededor de 400 nanómetros. Por tanto, la proporción del promedio de los diámetros respecto del espaciamiento de centro a centro en este caso es de 1:2.

El espaciamiento de estructura puede ser el mismo, por ejemplo, equidistante o puede este variar para estructuras en un patrón. Por ejemplo, las estructuras más pequeñas de un patrón pueden estar espaciadas y separadas por una primera distancia, y el espaciamiento entre estas estructuras más pequeñas y la estructura más grande del patrón o entre las dos estructuras más grandes de patrón pueden ser el mismo o diferente como esta primera distancia.

Por ejemplo, en el patrón de la Figura 4, las estructuras más pequeñas 104 tienen un espaciamiento de centro a centro de alrededor de 200 nanómetros. La distancia entre los pilares más grandes 102 y cada pilar circundante 104 es menor de, alrededor de 100 nanómetros. La distancia entre el pilar más grande 100 y cada pilar circundante 104 también es menor que el espaciamiento de centro a centro entre los pilares más pequeños 104, y alrededor de 100 nanómetros. Desde luego, esto no es un requerimiento, y todas las estructuras pueden ser equidistantes una de otra o cualquier variación de distancias. En una incorporación, las diferentes estructuras pueden estar en contacto unas con otras, por ejemplo, arriba una de otra como se discute adicionalmente abajo, o a un lado una de otra y en contacto una con otra.

Las estructuras de una topografía también pueden ser formadas a la misma altura, generalmente de entre alrededor de 10 nanómetros y alrededor de 1 micrómetro, pero esto no es un requerimiento, las estructuras individuales de un patrón pueden variar en tamaño, en una dimensión, en dos dimensiones o tres dimensiones. En una incorporación, algunas de las estructuras o todas las estructuras de la topografía pueden tener una altura de menos de alrededor de 20 micrómetros, de menos de alrededor de 10 micrómetros, o de menos de alrededor de 1 micrómetro, por ejemplo, de menos de alrededor de 750 nanómetros, de menos de alrededor de 680 nanómetros, o de menos de alrededor de 500 nanómetros. Por ejemplo, las estructuras pueden tener una altura de entre alrededor de 50 nanómetros y alrededor de 20 micrómetros, o de entre alrededor de 100 nanómetros y alrededor de 700 nanómetros. Por ejemplo, las nanoestructuras o microestructuras pueden tener una altura de entre alrededor de 20 nanómetros y alrededor de 500 nanómetros, de entre alrededor de 30 nanómetros y alrededor de 300 nanómetros, o de entre alrededor de 100 nanómetros y alrededor de 200 nanómetros, aún cuando deberá entenderse que las estructuras pueden ser de tamaño nano en la dimensión en sección transversal y pueden tener una altura que puede ser medida sobre una escala microdimensionada, por ejemplo, mayor de alrededor de 500 nanómetros. Las estructuras microdimensionadas pueden tener la altura que es la misma diferente de las estructuras nanodimensionadas del mismo patrón. Por ejemplo, las estructuras microdimensionadas pueden tener una altura de entre alrededor de 500 nanómetros y alrededor de 20 nanómetros, y entre alrededor de 1 micrómetro y alrededor de 10 micrómetros, en otra incorporación. Las estructuras microdimensionadas también pueden tener una dimensión en sección transversal sobre una microescala mayor de alrededor de 500 nanómetros, y pueden tener una altura que está sobre una escala nanodimensionada de menos de alrededor de 500 nanómetros.

La proporción de aspecto de las estructuras (la proporción de aspecto de las estructuras (la proporción de la altura de una estructura a la dimensión de sección transversal de la estructura) puede ser de entre alrededor de 0.15 y alrededor de 30, de entre alrededor de 0.2 y alrededor de 5, de entre alrededor de 0.5 y alrededor de 3.5, o de entre alrededor de 1 y alrededor de 2.5. Por ejemplo, la proporción de aspecto de las nanoestructuras puede caer dentro de estos rangos.

La superficie del dispositivo puede incluir una instancia única de un patrón, como se mostró en la Figura 4, o puede incluir múltiples repeticiones de los mismos patrones o de diferentes patrones. Por ejemplo, la Figura 5 ilustra un patrón de superficie que incluye un patrón de la Figura 4 en repeticiones múltiples sobre una superficie.

La formación de una nanotopografia sobre una superficie puede aumentar el área de superficie sin un aumento correspondiente en el volumen. El aumento en la proporción de la superficie de volumen se cree que mejora la interacción de una superficie con los materiales biológicos circundantes. Por ejemplo, el aumento en la proporción de área de superficie volumen se cree que alienta la interacción mecánica entre la nanotopografia y las proteínas circundantes, por ejemplo, las proteínas de matriz extracelular (ECM) y/o las proteínas de membrana plasma.

En general, la proporción de área de superficie a volumen de dispositivo puede ser mayor de alrededor de 10,000 centímetros-1, mayor de alrededor de 150,000 centímetros-1, o mayor de alrededor de 750,000 centímetros-1. La determinación de la proporción de área de superficie volumen puede ser llevada a cabo de acuerdo a cualquier metodología estándar como se conoce en el arte. Por ejemplo, el área de superficie específica de una superficie puede ser obtenida por el método de absorción de gas físico (método B.E.T.) con nitrógeno, como el gas de adsorción, como se conoce generalmente en el arte y se describe en Brunauer, Emmet, and Teller (Amer. Chem. Soc. , vol . 60, Febrero, 1938, pp 309-319), incorporado aquí por referencia. El área de superficie del método de adsorción de gas físico puede ser de menos de alrededor de 5 m2/g, en una incorporación, por ejemplo de alrededor de 0.1 m2/g y alrededor de 4.5 m2/g, o de entre alrededor de 0.5 m2/g y alrededor de 3.5 m2/g. Los valores para un área de superficie y volumen también pueden ser estimados de la geometría de los moldes usados para formar la superficie de acuerdo a los cálculos geométricos estándar. Por ejemplo, el volumen puede ser estimado de acuerdo al volumen calculado para cada elemento de patrón y el número total de elementos de patrón en un área dada, por ejemplo, sobre la superficie de una microaguja única.

Para un dispositivo que define una nanotopografía de control compleja en una superficie, la nanotopografía puede ser caracterizada a través de la determinación de la dimensión de fractal del patrón. La dimensión fractal es una cantidad estadística que da una indicación de cómo aparece completamente un fractal para llenar el espacio al continuar las repeticiones recursivas a una escala más pequeña y más pequeña. La dimensión fractal de dos estructuras dimensionales puede ser representada como : D _ logA/(e) log(e ) en donde N(e) es el número de estructuras casi similares necesarias para cubrir el objeto completo cuando el objeto es reducido por 1/e en cada dirección espacial.

Por ejemplo, cuando se considera el fractal de 2 dimensiones conocidos como el triángulo Sierpenski ilustrado en la Figura 6 en el cual los puntos medios de los tres lados de un triángulo equilátero están conectados y el triángulo anterior resultante es removido, la dimensión fractal es calculada como sigue : log3 D = log2 D = 1.585 Por tanto, el fractal de triángulo Sierpenski exhibe un aumento en longitud de línea sobre los dos triángulos equiláteros dimensionales iniciales. Adicionalmente , este incremento en longitud de línea no está acompañado por un aumento correspondiente en área.

La dimensión fractal del patrón ilustrado en la Figura 4 es de aproximadamente de 1.84. En una incorporación, la nanotopografía de la superficie de dispositivo puede exhibir una dimensión fractal de más de alrededor de 1, por ejemplo de entre alrededor de 1.2 y y de alrededor de 5, de entre alrededor de 1.5 y alrededor de 3, o de entre alrededor de 1.5 y alrededor de 2.5.

Las Figuras 7A y 7B ilustran imágenes de amplificación en aumento de otro ejemplo de una nanotopografía completa. La nanotopografía de la Figura 7A y de la Figura 7B incluyen un arreglo de pilares de tipo fibroso 70 localizados sobre un sustrato. En un extremo distal de cada pilar individual, el pilar se divide en múltiples fibras más pequeñas 60. El extremo distal de cada una de estas fibras más pequeñas 60, cada fibra se divide de nuevo en múltiples filamentos (no visibles en la Figura 7A y la figura 7B) . Las estructuras formadas en una superficie que tienen una proporción de aspecto mayor de alrededor de 1 pueden ser flexibles, como son las estructuras ilustradas en la Figura 7A y en la Figura 7B pueden ser rígidas. La figura 7C y la Figura 7D ilustran otro ejemplo de una nanotopografía compleja. En esta incorporación, una pluralidad de pilares 72 cada una incluyendo un hueco anular a través de los mismos 71 están formados sobre un sustrato. En cada extremo distal de cada pilar hueco, está formada una pluralidad de pilares más pequeños 62. Como puede verse, los pilares de las Figuras 7C y 7D mantienen su rigidez de orientación vertical. Adicionalmente, y en contraste a patrones previos, los pilares más pequeños 62de esta incorporación difieren en la forma desde los pilares más grandes 72. Específicamente, los pilares más pequeños 62 no son ahora huecos sino sólidos. Por tanto, las nanotopografías que incluyen estructuras formadas a una escala diferente no requieren tener las estructuras formadas con la misma forma, las estructuras pueden variar en ambos el tamaño y en la forma respecto a las estructuras de una escala diferente.

La Figura 8 ilustra otro patrón incluyendo estructuras de tamaño nano como pueden ser formadas sobre la superficie al dispositivo. Como puede verse, las estructuras de patrón individual pueden ser formadas a el mismo tamaño general, pero con diferentes orientaciones y formas unas de otras.

En adición a esos métodos y como una alternativa a dichos métodos mencionados anteriormente, una superficie puede ser caracterizada por otros métodos incluyendo, sin limitación, la aspereza de superficie, el módulo elástico y la energía de superficie.

Los métodos para determinar la aspereza de superficie son generalmente conocidos en el arte. Por ejemplo, un proceso de microscopio de fuerza atómica en modo de contacto o en modo de no contacto puede ser utilizado a una práctica estándar de acuerdo a la aspereza de superficie de material. La aspereza de superficie que puede ser utilizada para caracterizar una microaguja puede incluir la aspereza promedio (R¾) , la aspereza de raíz cuadrada principal, la desviación y/o curtosis. En general, la aspereza de superficie promedio (por ejemplo, la altura media aritmética de la superficies son el parámetro de aspereza como se definió en la serie ISO 25178) de una superficie que define una nanotopografia fabricada sobre la misma que puede ser de menos de alrededor de 200 nanómetros, de menos de alrededor de 190 nanómetros, de menos de alrededor de 100 nanómetros o de menos de alrededor de 50 nanómetros. Por ejemplo, la aspereza de superficie promedio puede ser de entre alrededor de 10 nanómetros y alrededor de 200 nanómetros, o de entre alrededor de 50 nanómetros y alrededor de 190 nanómetros. dispositivo puede ser caracterizado por e módulo elástico a superficie con nanopatrón, por ejemplo, por el cambio de módulo elástico sobre la adición de una nanotopografía de la superpie. En general, la adición de una pluralidad de estructuras que forman la nanotopografia sobre una superficie puede disminuir el módulo elástico de un material, ya que la adición de las estructuras nanodimensionales sobre una superficie llevará a una reducción en la continuidad de la superficie y a un cambio relacionado en el área de superficie. En comparación a una superficie similar formada de acuerdo al mismo proceso y de los mismos materiales, pero con un patrón de nanotopografia sobre la superficie, en el dispositivo incluyendo la nanotopografia sobre el mismo puede exhibir una disminución en el módulo elástico de entre alrededor de 35 por ciento y de alrededor de 99 por ciento, o de entre alrededor de 75 por ciento y alrededor de 80 por ciento. Por vía de ejemplo, el módulo de compresión efectiva de una superficie con nanopatrón puede ser de al menos de alrededor de 50 mega Pascales o de menos de alrededor de 20 mega Pascales. En una incorporación, el módulo de compresión efectiva puede ser de entre alrededor de 0.2 mega Pascales y alrededor de 50 mega Pascales, de entre alrededor de 5 mega Pascales y alrededor de 35 mega Pascales y de alrededor de 20 mega Pascales. El módulo de corte efectivo puede ser de menos de alrededor de 320 mega Pascales, o de menos de alrededor de 220 mega Pascales. Por ejemplo, el módulo de corte efectivo puede ser de entre alrededor de 4 mega Pascales y de alrededor de 320 mega Pascales, o de entre alrededor de 50 mega Pascales y de alrededor de 250 mega Pascales, en una incorporación.

El dispositivo que incluye la nanotopografia sobre el mismo también puede exhibir un aumento en la energía de superficie en comparación a una microaguja similar que no tiene una superficie que define un patrón de nanotopografia sobre el mismo. Por ejemplo, una microaguja incluyendo una nanotopografía formada sobre la misma puede exhibir un aumento en la energía de superficie en comparación a una microaguja similar sobre los mismos materiales y formado de acuerdo a los mismos métodos pero por la inclusión de un patrón de nanotopografía sobre una superficie. Por ejemplo, el ángulo de contacto de agua de una superficie incluyendo una nanotopografía sobre la misma puede ser mayor de 80 grados, mayor de alrededor de 90 grados, mayor de alrededor de 100 grados, o mayor de alrededor de 110 grados. Por ejemplo, el ángulo de contacto de agua de la superficie puede ser de entre alrededor de 80 grados y de alrededor de 150 grados , de entre alrededor de 90 grados y de alrededor de 130 grados, o de entre alrededor de 100 grados y de alrededor de 120 grados en una incorporación .

Cuando se forma una nanoestructura sobre la superficie del dispositivo, la densidad de empaque de las estructuras puede ser maximizada. Por ejemplo, el empaque cuadrado (Figura 9A) , el empaque hexagonal (Figura 9B) , o alguna otra variación del mismo puede ser utilizada para el patrón de los elementos sobre un sustrato. Cuando se diseña un patrón en el cual varios elementos dimensionados en área de sección transversal A, B y C están adyacentes unos a otros sobre un sustrato, el empaque de circulo como se indicó en la Figura 9C puede ser utilizado. Desde luego, las variaciones en la densidad de empaque y la determinación de las alteraciones asociadas en las características de una superficie son muy conocidas dentro de las habilidades de un experto en el arte.

Durante el uso, un dispositivo de microagujas puede interactuar con uno o más componentes del tejido conector dérmico. El tejido conector es el armazón sobre el cual están sostenidos otros tipos de tejido, por ejemplo, el tejido epitelial, el músculo y los tejidos nerviosos. El tejido conector generalmente incluye células individuales mantenidas dentro de la matriz intracelular . La matriz extracelular a su vez incluye la sustancia de base (por ejemplo, los minerales del hueso, el plasma de la sangre, etc.) y el componente fibroso incluye el colágeno, la fibronectina, las lamininas, etc. El tejido conector puede asumir arquitecturas ampliamente divergentes, variando desde la sangre, en la cual el componente fibroso está ausente y la sustancia de base es fluida, para densificar el tejido conector como se encuentra en la piel el cual incluye una proporción relativamente alta de fibras extracelulares (colágeno) y puede contener muy poco de los otros componentes de tejido conector. Hay muchos tipos especializados de tejido conector en la piel, un ejemplo siendo el tejido elástico, en el cual las fibras elásticas son el componente principal del tejido y la cantidad de factores comúnmente encontrados en otros tipos de tejido conector como colágeno y proteoglicans puede ser mínima.

La nanotopografia de una superficie de microaguja puede proporcionar una interacción mejorada entre la microaguja y los componentes biológicos del tejido conector dérmico del área de entrega. Por ejemplo, las microagujas de un dispositivo transdérmico pueden interactuar directamente como las proteínas de la matriz extracelular y/o las células individuales tal como los keratinositos . Las células Langerhans del estrato espinoso o las células básales no diferenciadas del estrato germinativo. Las agujas más grandes o los dispositivos transdérmicos pueden ser utilizados para acceder a los componentes de la dermis, por ejemplo las células de sangre de la cama capilar, debido a la interacción mejorada entre el dispositivo y los componentes biológicos, el tejido circundante puede ser menos factible de exhibir una respuesta de cuerpo extraño, el cual puede disminuir la inflamación local y mejorar la entrega de los agentes activos. En una incorporación, el dispositivo puede jugar un papel más activo en la entrega de agente. Por ejemplo, la interacción entre una nanotopografía y los componentes biológicos circundantes puede alentar la entrega de materiales de peso molecular alto, por ejemplo, a través de la abertura en juntas apretadas en el estrato granulosum. Aún cuando no se desea el estar atenido a una teoría en particular cualquiera, se cree que la nanotopografía facilita la interacción mejorada con los componentes biológicos a través de dos mecanismos. De acuerdo a un mecanismo, una nanotopografía puede facilitar la capacidad de una microaguja para imitar la matriz extracelular en un sitio de entrega. Por ejemplo, la nanotopografía de una microaguja puede imitar uno o más componentes de la membrana de base en el sitio de entrega. En el uso, una célula puede contactar la nanotopografia de una microaguja y reaccionar en una forma similar a un contacto típico con una estructura natural (por ejemplo, la proteína de membrana de base) que imita la nanotopografía . De acuerdo por tanto, el dispositivo puede interactuar directamente con una célula para regular o modular (por ejemplo, cambiar el comportamiento de célula, por ejemplo, la transducción de señal de célula, mejorando por tanto la entrega de una agente a través de las barreras de naturales, así como mejorando la endocitosis de los agentes entregados por el dispositivo.

De acuerdo a un segundo mecanismo, una nanotopografía puede interactuar con componentes biológicos no celulares del tejido conector local tal como las proteínas de la piel extracelular . Por ejemplo, las proteínas de la piel extracelular pueden ser adsorbidas y pueden ser desadsorbidas desde la superficie de una microaguja. La adsorción/desadsorción de las proteínas de matriz extracelular puede alterar la química del ambiente local, la cual puede llevar a las alteraciones y comportamiento de célula. De acuerdo a este segundo mecanismo, el dispositivo puede indirectamente afectar el comportamiento de una célula. Por ejemplo, la adsorción de una o más proteínas de matriz extracelular en la superficie del dispositivo puede regular o modular indirectamente la transducción intercelular y/o la transducción de señal intracelular .

Debido a la interacción mejorada con los componentes biológicos circundantes, , los dispositivos pueden facilitar una toma mejorada de un agente de entrega. Por ejemplo, el perfil de farmacocinético (PK) (por ejemplo, el perfil de adsorción a través de las membranas epiteliales) de una proteina terapéutica puede ser mejorado a través de la utilización de un dispositivo incluyendo un patrón de nanotopografia . Por vía de ejemplo, una proteina terapéutica teniendo un peso molecular de sobre 100 kDa, por ejemplo entre alrededor de 100 kDa y alrededor de 200 kDa, alrededor de 150 kDa, puede ser entregada transdérmicamente a través de un parche que define una nanotopografia sobre el mismo. En una incorporación, un parche puede ser utilizado para entregar una dosis única de la proteina terapéutica, por ejemplo, de entre alrededor de 200 y alrededor de 500 µ?, o alrededor de 250 µ? . Después de la sujeción del parche transdérmico a la piel, el recipiente puede exhibir un perfil farmacocinético que refleja una elevación rápida en la concentración de suero de sangre de hasta entre alrededor de 500 nanogramos y alrededor de 1000 nanogramos terapéutico por mililitro por centímetro cuadrado de área de parche, por ejemplo de entre alrededor de 750 nanogramos terapéutico y alrededor de 850 nanogramos terapéutico por mililitro por centímetro cuadrado de área de parche, dentro de alrededor de una hora a alrededor de 4 horas de la administración. Esta elevación rápida inicial en el nivel de suero de sangre, la cual refleja la toma rápida del terapéutico a través de la barrera dérmica puede ser seguida por una declinación menos rápida de la concentración de suero de sangre de entre alrededor de 20 horas y alrededor de 30 horas, por ejemplo sobre alrededor de 24 horas debajo a una concentración de suero de sangre insignificante del terapéutico. Además, la toma rápida del terapéutico entregado puede ser acompañada por muy poca o ninguna inflamación. Específicamente, en adición a promover una entrega mejorada de un agente a través de una barrera transdérmica, los dispositivos también pueden limitar la respuesta de cuerpo extraño y otras reacciones indeseables, tal como la inflamación. El uso de dispositivos previamente conocidos, tal como los parches transdérmicos sin una nanotopografía definida en la superficie de contacto de la piel, frecuentemente llegan a áreas locales de inflamación o irritación .

Las estructuras de la nanotopografía pueden imitar y/o interactuar con una o más proteínas de matriz extracelular tal como colágeno, laminina, fibronectina, etc. Esto puede directamente o indirectamente alterar una proteína de membrana de célula con respecto a una característica o más características tal como la conformación, una energía libre, y la densidad local. Las proteínas de membrana de células de ejemplo incluyen, sin limitación, integrinas, viniculina u otras proteínas de adición focal, clatrina, receptores de membrana tal como receptores acoplados de proteína G, etc. Esta alteración puede inducir cambios en la superficie de célula y/o dentro de la célula a través de los efectos corriente abajo a través del citoesqueleto y dentro de la citoplasma.

Las células en el área local que rodean el dispositivo pueden mantener un microambiente antiinflamatorio ya que el dispositivo puede imitar mejor el ambiente local ya sea directamente o indirectamente debido a la adsorción de la proteina en la superficie. Por tanto, los materiales pueden ser entregados para el uso del dispositivo sin el desarrollo de una respuesta inmune o de cuerpo extraño.

Los tipos de célula específicos que pueden ser afectados directamente o pueden ser afectados indirectamente por la presencia de una microaguja pueden incluir células del tejido conector dérmico circundante. Por ejemplo, una superficie de microaguja que define una nanotopografía puede estar localizada en un área que incluye las células Langerhans, los macrofagos, o las células-T sin disparar una respuesta inmune o de cuerpo extraño. Las células Langerhans pueden tomar y procesar un antígeno para hacerse una célula que presenta antigeno completamente funcional. Los macrofagos y las células-T juegan un papel central en el inicio y mantenimiento de la respuesta inmune. Una vez activadas por estímulos patológicos e inmunológicos, por ejemplo, a través de una célula Langerhans, las células-T pueden liberar IL-2, IL-4, INF-?, y otras situaciones inflamatorias. Los macrofagos responden en el proceso mediante liberar un anfitrión de mediadores inflamatorios, incluyen TNF-a, IL-1, IL-8. IL-11; IL-12, óxido nítrico, IL-6, GM-CSF, M-CSF, IFN-a, IFN -ß y otros. Las citosinas liberadas activa otras células inmunes y algunas también pueden actuar como agentes citotóxicos independientes. La liberación excesiva de macrófagos y de mediadores inflamatorios derivados de célula-T pueden llevar al daño de las células normales y de los tejidos circundantes .

Sin desear el estar unidos a una teoría cualquiera en particular, se cree que a través de la interacción, con un sustrato con nanopatrón, las células individuales pueden regular hacia arriba o regular hacia abajo la producción de ciertas citosinas incluyendo ciertas quimocinas. A través de esa alteración en el perfil de expresión, la respuesta es similar a un dispositivo de entrega de droga puede ser minimizada. Por ejemplo, la respuesta de inflamación y/o de cuerpo extraño puede ser minimizada a través de la regulación hacia arriba de una o más citosinas antiinflamatorias y/o la regulación hacia debajo de una o más citosinas proinflamatorias . Mucha citosinas se han caracterizado de acuerdo al efecto sobre la inflamación. Las citosinas proinflamatorias pueden demostrar los perfiles de expresión alterados cuando expresan células son afectadas por la presencia de un dispositivo incluyendo una nanotopografía fabricada sobre las mismas pueden incluir, sin limitación IL-loc, IL-?ß, IL-2, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL-16, MIG, ???-?a, MIP- 1ß, KC, MCP-1, TNF-a, GM-CSI, VEGF, y similares. Las citosinas antiinflamatorias que pueden demostrar un perfil de expresión alterado pueden incluir, sin limitación, IL-lra, IL-4, IL-10, IL-13 y similares; Las citosinas asociadas con la respuesta de cuerpo extraña que pueden demostrar un perfil de extensión alterado incluyen, sin limitación, IL-4, IL-10, IL-13, y otros.

El óxido nítrico está reconocido como un mediador y regulador de las respuestas inflamatorias. Mediante el influenciar el ambiente local, una microaguja puede limitar la liberación del óxido nítrico de las células circundantes. Esto puede ser benéfico ya que el óxido nítrico puede poseer propiedades tóxicas hacia un agente activo que está siendo entregado y también puede tener un efecto perjudicial sobre el tejido propio del sujeto (Korhonen y otros, Alergia de Inflamación de Objetivos de Droga actual 4(4): 471-9, 2005). El óxido nítrico también puede interactuar con el oxígeno molecular y el anión súper óxido para producir especies de oxígeno reactivas (ROS) que pueden modificar varias funciones celulares. Estos efectos indirectos del óxido nítrico tienen un papel significante en la inflamación; en la cual el óxido nítrico puede ser producido en cantidades altas mediante la síntesis del óxido nítrico inducible (iNOS) y las especias de oxígeno reactivo pueden ser sintetizadas mediante células inflamatorias activadas.

El óxido nítrico puede ser producido mediante keratinocitos, fibroblastos, células endoteliales , y posiblemente otros, cualquiera de los cuales pueden ser afectados directamente o afectados indirectamente mediante la nanotopografía de la microaguja. La inhibición de la síntesis de óxido nítrico, puede proporcionarse por la nanotopografía de la superficie de microaguja puede afectar la concentración de herida, alterar la organización de colágeno y alterar el grosor de la epidermis. La migración de célula mástil y la angiogénesis en heridas también puede ser afectada por la inhibición del óxido nítrico. Debido a las trayectorias variables de la regulación, y sin desear estar unido a alguna teoría en particular, el dispositivo puede aumentar la producción de óxido nítrico y/o retardar la producción de óxido nítrico, mientras que en otra incorporación, el dispositivo puede disminuir la producción de ácido nítrico y/o apurar la degradación de óxido nítrico.

La interacción del dispositivo con los componentes de la red de célula o capa de la epidermis puede modular (por ejemplo, cambiar) la estructura de las juntas intercelulares ahí. Una junta intercelular puede ser por lo menos una junta seleccionada del grupo que consiste de juntas apretadas, juntas de grieta y desmosomas. Por vía de ejemplo, una interacción entre los componentes y estructuras biológicas de una nanotopografía pueden modular las proteínas de una red celular, para inducir la abertura de juntas apretadas de una red celular de un estrato granuloso, proporcionando por tanto una entrega mejorada de un agente activo a través de la epidermis, y en una incorporación particular, un agente activo de peso molecular alto.

La nanotopografia del dispositivo puede imitar y/o absorber uno o más componentes de la matriz extracelular . En general, la matriz extracelular incluye ambas la matriz de intersticio y la membrana de base. La matriz de intersticio está compuesta de mezclas complejas de proteínas y proteglicanos y, en el caso de hueso, los depósitos minerales. La membrana de base incluye ambas la lámina basal y la lámina reticular y ancla y soporte en el epitelio y el endotelio. La composición específica de la matriz extracelular puede variar dependiendo del tipo de tejido específico, pero en general incluirá una variedad de colágenos, lamininas y fibronectinas y elastinas, Por tanto, la nanotopografía del dispositivo puede ser diseñada para interactuar con los componentes de una ubicación específica o alternativamente ser más generalmente diseñada, por ejemplo, para interactuar con componentes de la estructura dérmica comunes a la mayoría de la piel.

Las estructuras de la nanotopografía pueden interactuar con un colágeno, el cual es una proteína de membrana de base común encontrada en la matriz extracelular dérmica. Los colágenos son glicoproteínas extracelulares insolubles gue son encontradas en todos los animales y son las proteínas más abundantes en el cuerpo humano. Estos son componentes estructurales esenciales de la mayoría de los tejidos conectores incluyendo cartílagos, hueso, tendones, ligamentos, facía y piel. A la fecha, se han encontrado 19 tipos de colágenos en los humanos. Los tipos principales incluyen el tipo I, el cual es el componente principal de los tendones, de los ligamentos y de los huesos; el tipo II el cual representa más del 50 por ciento de la proteina en el cartílago, y también se usa para construir la notocorda de los embriones vertebrados. El tipo III, el cual refuerza las paredes desde las estructuras huecas tal como las arterias, el intestino y el útero; y el tipo IV el cual forma la lámina basal de epitelio. Una malla de colágenos de tipo IV proporciona el filtro para los vasos capilares de sangre y los glomérulos de los ríñones. Los otros 15 tipos de colágeno, aún cuando son mucho menos abundantes, no son menos importantes para la función de la matriz extracelular .

La unidad básica de colágenos en un polipéptido que frecuentemente sigue el patrón Gly-Pro-Y o Gly-X-Hyp, donde X e Y pueden ser cualquiera de varios otros residuos de amino ácido. El polipéptido resultante es torcido en una hélice izquierda alargada. Cuando se sintetizan la terminal-N y la terminal-C del polipéptido tienen dominios regulares, los cuales mantienen la molécula soluble.

Como se utilizó aquí, el término "polipéptidos" se refiere a una cadena molecular de aminoácidos y no se refiere a una longitud específica del producto. Por tanto, los polipéptidos, los oligopéptidos y las proteínas están incluidas adentro de la definición de polipéptido. Este término también se intenta que incluya los polipéptidos que se intenta que incluyan los polipéptidos que se han sometido a modificaciones de expresión posterior tal como, por ejemplo, las glicosilaciones, las acetilaciones , las fosforilaciones y otros. Como se utilizó aquí, el término "proteína" se refiere generalmente a una cadena molecular de aminoácidos que es capaz de interactuar estructuralmente, enzimáticamente, o de otra manera con otras proteínas, polipéptidos o cualquier otra molécula orgánica o inorgánica.

Las abreviaciones de símbolo de amino ácido comunes están descritas abajo en la Tabla 1 y son usadas a través de esta descripción .

Tabla 1 El protocolágeno es una subunidad de agregados de colágeno más grandes, tal como fibrillas. Este es aproximadamente de 300 nanómetros de largo y de 1.5 nanómetros de diámetro, constituido de tres hilos de polipéptido, cada uno consiguiendo la conformación de hélice izquierda.

La nanotopografia de la superficie de dispositivo puede interactuar con el protocolágeno y/o imitar el protocolágeno asi como el colágeno. En una incorporación, una nanotopografia puede ser más compleja y puede imitar y/o interactuar con ambos el protocolágeno sobre una nanoescala y el colágeno en una microescala. Por ejemplo, un componente más grande de una nanotopografia puede imitar las tres hélices izquierdas del protocolágeno que son torcidas juntas en una espiral enrollada derecha, un hélice triple o un "súper hélice", una estructura cuaternaria cooperadora estabilizada por numerosos enlaces de hidrógeno. Con el colágeno tipo I y posiblemente todos los colágenos fibrilares si no todos los colágenos, cada hélice triple se asocia en una súper-súper espiral derecha que está referida como microfibrilla de colágeno. Cada microfibrilla es interdigitada con sus microfibrillas vecinas. En algunos colágenos (por ejemplo, el colágeno tipo II) , los tres polipéptidos que pueden constituir la microfibrillas son idénticos. En otros colágenos (por ejemplo, el colágeno tipo I) , los dos polipéptidos de un ensamble de una clase (producto de gen) con un segundo polipéptido similar pero diferente.

La laminina es otra proteína de membrana de base común de la piel que puede encontrarse en el área local del dispositivo. La laminina es una de una familia de complejos de proteína heterotrímero formada de varias combinaciones de diferentes cadenas de subunidad a, ß y ?. Las lamininas en general pueden ser encontradas primariamente en las membranas de base de la matriz extracelular e interactuar con otras macromoléculas de matriz para contribuir a una diferenciación de célula a los mecimientos y al mantenimiento de células. Las diferentes cadenas de laminina, a-1 a hasta ct-5, ß-l hasta ß-3 y ?-l hasta ?-3 pueden teóricamente formar muchas isoformas triméricas diferentes, pero la existencia de sólo 15 de las isoformas posibles se han confirmado.

Las lamininas están en la forma de una cruz incluyendo tres vasos más cortos y un brazo largo. Los tres brazos más cortos son particularmente buenos para unir a otras moléculas de laminina, llevando la formación de hojas en la membrana de base. El brazo largo generalmente es la célula de unión local, uniendo a membranas de células y otras moléculas de la matriz extracelular, las cuales ayudan a anclar las células de tejido organizado en la membrana.

Las lamininas además incluyen subdominios con geometrías específicas. Por ejemplo, la parte terminal de la laminina-332 a3, el dominio G está además subdividido en cinco subdominios, G!, G2, G3, G4 y G5. Los subdominios G de la cadena han sido de oc3 laminina-332 han mostrado que son necesarios para la adherencia de la laminina-332 a las células las cuales tienen integrinas receptoras sobre su superficie de célula. Por tanto, las estructuras de tamaño nano de una nanotopografia pueden imitar uno o más subdominios de laminina. En un patrón más complejo, estas estructuras nanodimensionadas pueden ser combinadas con estructuras más grandes que pueden imitar una proteina de laminina entera. Una nanotopografía también puede o alternativamente adsorber/desadsorber la laminina y por tanto afectar el ambiente local.

Una nanotopografia puede interactuar con la fibronectina, la cual está involucrada en e la reparación de tejidos, en la embriogénesis, en la coagulación de sangre y en la migración de células y la adhesión de células. En la matriz extracelular la fibronectina existe como un dimer de glicoproteina insoluble. La estructura de la fibronectina es de tipo de varilla, compuesta de tres diferentes tipos de módulos repetitivos, de tipos I, II y III. Estos módulos, aún cuando son todos partes de la misma cadena de aminoácidos, son típicamente previstos como "perlas o cuentas sobre una cuerda", cada una unida a sus vecinas por enlaces cortos.

Doce módulos de tipo I constituyen la región de amino-terminal y carboxi-terminal de la proteina, y están involucradas principalmente en la unión de fibrina y colágeno. Sólo dos módulos de tippo Use encuentran en la fibronectina . Estos son instrumentales en unir el colágeno. El módulo más abundante en la fibronectina es el tipo III, el cual contiene la secuencia de reconocimiento de receptor de fribonectina RGD junto con los sitios de unión para otras integrinas y heparinas . Dependiendo del tipo de tejido y/o de otras condiciones celulares, la molécula de fibronectina se constituye de 15-17 módulos de tipo III. En adición, hay un módulo que no cae dentro de ninguna de estas categorías llamado IIICS. Este módulo junto con EDB y EDA (ambos módulos de tipo III) está regulado a través de una división alternativa de FN pre-mRNA. Las moléculas de fibronectina pueden formar dos puentes de disulfuro y sus carboxi-términos produciendo un dímero enlazado covalentemente . Una célula en contacto con la nanotopografía de un dispositivo de microaguja puede interactuar con el dispositivo en una forma similar a la interacción normal de la célula con la fibronectina.

Aún otra proteína de matriz extracelular común con la que puede interactuar el dispositivo es la elastina y/o un fragmento de polipéptido de elastina. La elastina es el constituyente de proteína del tejido conector responsable por la elasticidad y el recogimiento del tejido. Además, la elastina es bastante abundante en el tejido conector. Las cadenas de tropoelastina son naturalmente enlazadas juntas para formar las fibras de elastina. A diferencia del colágeno, las moléculas de elastina pueden desarrollarse en una conformación más extendida cuando la fibra es estirada y se recogerán espontáneamente tan pronto como la fuerza de estiramiento es relajada. La elastina está compuesta primariamente de Gly, Val, Ala y Pro. Esto define una conformación de espiral irregular o al azar.

En adición a las proteínas fibrosas dérmicas comunes, la nanotopografía de dispositivo puede imitar y/o adsorber otros componentes de matriz extracelular tal como los protoglicanos . Los protoglicanos son glicoproteínas pero consisten de mucho más carbohidrato que proteína, esto es, estos son racimos enormes de cadenas de carbohidrato frecuentemente sujetadas a una columna de proteína. Varios azúcares son incorporados en los proteoglicanos . El más abundante es el N-acetilglucosamina (NAG) . Las cadenas largas de residuos de azúcar son sujetadas a los residuos de serina en la columna de proteína. Esto es, estos son "enlazados-0". Los grupos de sulfato también son agregados a los azúcares antes de la secreción. Los ejemplos de los proteoglicanos de matriz extracelular comunes incluyen, sin limitación, el sulfato de condroitina, sulfato de heparan, sulfato de keratan, ácido hialurónico (el cual no tiene un componente de proteína) .

Una nanotopografía sobre una superficie puede afectar directamente y/o afectar indirectamente una célula local del dispositivo. Esto puede incluir una célula de una capa de barrera que yace entre la superficie de piel y el sitio de entrega de un agente que va a ser entregado por un dispositivo de microaguja asi como una célula a la cual va a ser entregado un agente. Los efectos específicos sobre una célula debidos a la presencia del dispositivo pueden incluir la alteración de una confirmación, la actividad de unión de ligando o una actividad catalítica de una membrana asociada a la proteína.

La presencia del dispositivo puede modular la conductividad de membrana celular, incluyendo, en un aspecto, la conductancia de célula completa. Además, la modulación de la conductancia de célula completa puede incluir el modular por lo menos una de una contribución dependiente de voltaje lineal y no lineal de la conductancia de célula completa. El dispositivo puede modular por lo menos una del potencial de membrana celular y la conductividad de membrana celular. Por ejemplo, el dispositivo puede afectar directamente o indirectamente un sistema o trayectoria de mensaje celular dependiente del calcio.

La nanotopografía del dispositivo puede afectar un componente de una membrana de plasma, la cual puede afectar las trayectorias de omisión de señales que son efectores corriente debajo de los factores de transcripción. Por ejemplo, a través de imitar o interactuar con un componente de la matriz extracelular, el dispositivo puede afectar la transcripción genética y/o la translación dentro de una célula local. La presencia del dispositivo puede afectar la ubicación y/o la conformación de las proteínas de membrana. Esto puede a su vez afectar la energía libre del ambiente local, llevando a alentar la endocitosis de un agente activo entregado por el dispositivo. La presencia del dispositivo puede afectar la formación de las juntas entre las células, por ejemplo, las juntas apretadas, llevando a una entrega mejorada de agentes a través de una barrera biológica.

Se cree que el dispositivo puede directamente o indirectamente afectar una célula a través de una proteina asociada a la membrana. Las proteínas asociadas a las membranas pueden incluir por lo menos una de sin limitación, los receptores de superficie, los receptores de transmembrana, las proteínas de canal de ión, las proteínas de adhesión celular, las integrinas, etc. De acuerdo a ciertos aspectos, un receptor de transmembrana puede ser un receptor acoplado de proteína-G (GPCR) . Por ejemplo, el dispositivo puede imitar un dispositivo de matriz extracelular que interactúa con el receptor acoplado a proteína-G que a su vez interactúa con una subunidad a de proteína G. Una subunidad de proteína G puede ser cualquiera de G s, G(Xi, Gocq, y G0C12. En la interacción con un componente de la matriz extracelular, el dispositivo puede afectar las cadherinas, las adiciones focales, las desmosomas, las integrinas, la claritrina, la caveolina, el receptor TLSP, el receptor adrenérgico ß-2, el receptor bradicinina, las proteínas de canal de ión y otros. En una incorporación, la presencia de la microaguja puede modular las moléculas de adhesión de juntas incluyendo, sin limitación, JAM 2 y 3, GJA1, 3, 4 Y 5 (adherinas de junta), ocludina (OCLN) , claudinas (por ejemplo, CLDN 3, 5, 7, 8, 9, 10) y proteina de junta apretada 1 (TJP1) .

El dispositivo puede influenciar la actividad celular no solo en la superficie de célula sino internamente también. Por ejemplo, el dispositivo puede influenciar una adhesión focal. Las adhesiones focales son conjuntos grandes de materiales que pueden incluir 100 o más proteínas diferentes un tiempo dado. Estas son dinámicas en la mayoría de células y proporcionan una ruta para la transmisión de información, ambas mecánica y química, desde la matriz extracelular a la célula interior. La modificación de las adhesiones focales tiene lugar con los cambios en la composición molecular, la estructura física, así como las fuerzas físicas presentes en la matriz extracelular.

Las adhesiones focales permiten la conexión entre las citosinas y la matriz extracelular y son generalmente consideradas como un cubo de señalamiento para ambas la fuerza mecánica y la transmisión de señal química. El volumen de adhesiones focales, está debajo de la membrana celular, con la conexión a la matriz extracelular generalmente a través de integrinas, aún cuando la comunicación también puede ser a través de otros materiales transmembrana, incluyendo las proteínas de unión híaluronan y de heparina-sulfato .

Las integrinas son una familia grande de glicoproteínas de transmembrana heterodiméricas obligadas que unen las células a las proteínas de matriz extracelular (por ejemplo, laminina) de la membrana de base o a los ligandos sobre otras células. La nanotopografía del dispositivo puede afectar la integrina en la membrana de plasma para afectar el comportamiento de célula, por ejemplo, a través de una adhesión focal. Las integrinas contienen subunidades grandes (a) y subunidades pequeñas (ß) de tamaños de 120-170 kDa y 90-100 kDa respectivamente. En los mamíferos las subunidades 18 a y ß se han caracterizado. Algunas integrinas median el reconocimiento de célula a célula directa y las interacciones. Las integrinas contienen sitios de unión para cationes divalentes Mg2+ y Ca2+, los cuales son necesarios para su función de adhesión. Las integrinas de mamífero forman varias subfamilias que comparten subunidades ß que asocian con diferentes subunidades a. Ambas las subunidades a y ß contienen dos colas separadas, ambas de las cuales penetran en la membrana de plasma y poseen dominios citoplásmicos pequeños. La excepción en la subunidad ß-4 la cual tiene un dominio citoplásmico de aminoácidos 1088, uno de los dominios citoplásmico conocido más grande de cualquier proteína de membrana. Las partes de penetración pueden interactuar con las proteínas dentro de una adhesión focal para comunicar la información con respecto a la matriz extracelular al citoesqueleto y a la célula interior. Afuera de la membrana de plasma, las cadenas a y ß yacen juntas cercanamente alo largo de un tramo de alrededor de 23 nanómetros, con los 5 nanómetros finales N-termini de cada cadena formando una región de ligando-unión para la matriz extracelular .

Las proteínas primarias conocidas dentro de las adhesiones focales que pueden ser afectadas por la presencia de una nanotopografía en el área de la superficie de célula incluyen la vinculina, la paxilina, la talina, la a-actinina y la zixina. Las proteínas de adhesión focal transmiten la información al citoesqueleto, por ejemplo, a través de la interacción con la actina, y a través del citoplasma. Las adhesiones focales están en un estado constante de flujo, sin embargo, las proteínas están continuamente asociándose y desasociándose con el complejo, dando información desde la matriz extracelular a otras partes de la célula. El ensamble y desensamble dinámico de las adhesiones focales desde la formación de complejos focales en la orilla delantera de lamedipodia a la disolución de la adhesión focal en la orilla de cola de la célula es un papel central de la migración de célula. La activación de la quinasa Src debida a las fuerzas mecánicas extracelulares ejercidas sobre la célula interior y a través de la adhesión focal es una indicación del papel que juegan las adhesiones focales al percibir las fuerzas mecánicas de la matriz extracelular. Por tanto, el dispositivo puede modular la actividad interna para la célula, incluyendo las funciones corriente abajo involucradas con la migración de célula a través de la proteínas de membrana de plasma asociadas con las aleaciones focales.

Otras estructuras de superficie de célula que pueden afectar la nanotopografía del dispositivo incluyen las proteínas de membrana involucradas en la endocitosis, con la interacción con la membrana de célula, el dispositivo puede exhibir una energía de adhesión incrementada debido a la nanotopografía de la superficie de contacto. La energía de adhesión puede imitar a aquella de la unión de receptor-ligando típica.

Aún cuando no se desea el estar unido por cualquier teoría en particular, se cree que una adhesión entre la superficie del dispositivo y un receptor mediando endocitosis, otros receptores mediando endocitosis en la membrana de célula pueden fundirse desde una distribución uniforme de adhesión previa sobre la membrana de célula a el sitio de adhesión. Estas proteínas de membrana pueden entonces adherirse a la superficie del dispositivo y por tanto bajar la energía libre de interacción entre la superficie de célula y el dispositivo. La energía libre más baja de alentar la endocitosis de agentes en la superficie de célula, por ejemplo, los agentes activos entregados a través del dispositivo. Específicamente, cuando la adhesión ocurre entre la superficie del dispositivo y el receptor, la energía liberada, por ejemplo, la energía libre incrementada, puede impulsar la envoltura de la membrana alrededor de las partículas en o cerca del sitio de adhesión. Alternativamente, la adsorción de los componentes no celulares de la matriz extracelular a la superficie del dispositivo puede alterar la química local, llevando a un aumento de la actividad endocítica por las células en el área. Las trayectorias de endocitosis como puede ser mediada debido a la presencia del dispositivo, pueden ser subdivididas en cuatro categorías incluyendo endocitosis mediada con clatrina, claveolae, macropinocitosis y fagocitosis.

La endocitosis mediada-clatrina es mediada por vesículas pequeñas de alrededor de 100 nanómetros en diámetro que tienen un recubrimiento cristalino morfológicamente característico de un complejo de proteínas que se asocian principalmente con la clatrina de proteína citosólica. Estas vesículas recubiertas de clatrina (CCVs) se encuentran en virtualmente todas las células en forma de pozos recubiertos con clatrina sobre la membrana de plasma. Los pozos recubiertos con clatrina pueden incluir una concentración incrementada de moléculas extracelulares grandes que tienen diferentes receptores que responden de las endocitosis mediadas con receptor de ligandos, por ejemplo, la lipoproteína de baja densidad, la transferina, los factores de crecimiento, los anticuerpos y muchos otros.

La nanotopografía del dispositivo puede afectar las proteínas de membrana asociadas con las caveolas. Las caveolas son formaciones de endocitosis de membrana que son sólo ligeramente menos comunes que los pozos recubiertos de clatrina, y existen sobre la superficie de muchos tipos de células pero no todos los tipos de células. Estas consisten de una caveolina de proteína de unión-colesterol (Vip21) con una bicapa enriquecida en colesterol y glicolípidos . Las caveolae son más pequeñas que las vesículas recubiertas de clatrina, de alrededor de 50 nanómetros de diámetro, y forman pozos de tipo de botella en la membrana. Estos pueden constituir hasta un tercio del área de membrana de plasma de las células de algunos tejidos, siendo especialmente abundantes en los fibroblastos, adipositos y células endoteliales, pueden ser encontradas en la piel. La toma de moléculas extracelulares está mediada específicamente a través de receptores en caveolaes como puede ser afectada por la nanotopografía de una microaguja.

La macropinocitosis , la cual usualmente ocurre desde regiones altamente alborotadas de la membrana de plasma, describe el jalado de la membrana de célula para formar una bolsa la cual entonces pellizca en la célula para formar una vesícula grande (de 0.5-5 µp? de diámetro) llenada con un volumen grande de fluido extracelular y moléculas dentro de esta (equivalente a 103 a 106 vesículas recubiertas de cleatrina) . El llenado de la bolsa ocurre en una manera no específica. La vesícula entonces se desplaza adentro del citosol y se funde con otras vesículas tal como los endosomas y lisosomas.

La fagocitosis describe la unión y la internalización de una materia de partículas más grande de alrededor de 0.75 µ? de diámetro, tal como partículas de polvo de tamaño pequeño, desperdicios de célula, microorganismo y aún células apoptóticas, lo cual puede ocurrir en células especializadas. Estos procesos incluyen la toma de áreas de membrana más grande que la endocitosis mediada con claritrina y la trayectoria de las caveolaes .

La nanotopografia del dispositivo también puede afectar las cadherinas de una superficie de célula. Las cadherinas son una familia de receptores generalmente involucrados a la mediación de la adhesión de célula-célula hemofilica dependiente de calcio. Las cadherinas son de una importancia primaria durante la embriogénesis , pero también juegan un papel en la formación de juntas de célula a célula estables y en el mantenimiento de una estructura de tejido normal en los adultos. Las cadherinas son una súper familia de proteínas de transmembrana agrupadas por la presencia de una o más repeticiones de cadherina en sus dominios extracelulares . Los adheridos de aproximadamente 110 dominios de residuo fueron las superficies intermoleculares que responden por la formación de las interacciones de célula-célula mediada con cadherina. La información estructural desde el análisis de varios dominios de cadherina indica que los iones de calcio aglutinan en sitios que las repeticiones de cadherina adyacentes (CRs) , formando una varilla rígida. Las cadherinas típicamente incluyen cinco dominios extracelulares repetidos al azar, un segmento de expansión de membrana único y una región citoplásmica.

En una incorporación, el dispositivo puede afectar la E-cadherina que se encuentra en el tejido epitelial. La E-cadherina incluye 5 repeticiones de cadherina (EC1~EC5) en el dominio extracelular, un dominios de transmembrana y un dominio intracelular que une pl20-vatenina 7 ß-catenina. El dominio intracelular contiene una región altamente-fosforilatada que se cree que es vital a la unión de ß-catenina y por tanto a la función de E-cadherina . La ß-catenina puede también unir a a- catenina puede también unir a a-catenina, y la a-catenina participa en la regulación de los filamentos citoesqueletales que contienen-actina . En las células epiteliales, las juntas de célula a célula conteniendo E-cadherina estando frecuentemente adyacentes a los filamentos conteniendo actina de citoesqueleto.

Otras actividades que pueden ser afectadas debido a la presencia de un dispositivo en un área local incluyen el transporte paracelular y transcelular . Por ejemplo, a través de la adsorción de las proteínas de matriz extracelular en la superficie el dispositivo, la química local de un área puede cambiar, llevando a un transporte paracelular mejorado de un agente entregado a el área local, lo cual puede incluir no sólo el área inmediata del dispositivo sino también las áreas más profundas en la dermis. Por ejemplo, la presencia del dispositivo puede alentar el transporte paracelular de un agente entregado a las camas capilares de la dermis y a través de la pared capilar, ser entregado a la corriente sanguínea para la entrega sistémica.

Durante el uso, el dispositivo puede interactuar con un componente o más componentes del tejido epitelial que hace contacto para aumentar la porosidad del tejido a través de mecanismos de transporte paracelular y/o transcelular. El tejido epitelial es uno de los tipos de tejido primario del cuerpo. El tejido epitelial puede hacerse más poroso de acuerdo a la presente descripción y puede incluir ambos el epitelio simple y el epitelio estratificado, incluyendo ambos el epitelio queratinizado y el epitelio transicional . En adición, el tejido epitelial abarcado aquí puede incluir cualesquier tipo de célula de una capa epitelial incluyendo, sin limitación, queratinocitos , células escamosas, células de columna, células cuboides, y células pseudoestratificadas .

La presencia del dispositivo puede afectar la formación y el mantenimiento de las juntas de célula/célula incluyendo las juntas apretadas y los desmosomas para alentar el transporte paracelular. Como se mencionó previamente, las juntas apretadas se han encontrado en el estrato granuslosum y la abertura de las juntas apretadas puede proporcionar una ruta paracelular para la entrega mejorada de los agentes aditivos, particularmente de los agentes activos de peso molecular particularmente grande, y los agentes que exhiben una lipofilicidad baja que han previamente sido bloqueados desde la entrega transdérmica . Los tipos principales de proteínas de juntas apretadas son las claudinas, las ocludinas, y las moléculas de adhesión de junta.

La interacción entre un componente local y las estructuras de la nanotopografia pueden abrir las desmosomas en una capa de barrera para alentar el transporte paracelular. Las desmosomas son formadas primariamente de desmogleina y de desmocolina, ambos miembros de las cadeinas, y están involucrados en las adhesiones de célula a célula. Una desmosoma incluye un dominio de núcleo extracelular (la desmoglea) en donde la desmogleina y las proteínas de desmocolina de las células adyacentes se unen unas a otras. Las células adyacentes están separadas por una capa de matriz extracelular de alrededor de 30 nanómetros de ancho. Debajo de la membrana, las estructuras de forma de placa pesadas son formadas conocidas como la placa densa exterior y la placa densa interior. Las placas son extendidas por la proteína de desmoplaquina . Las placas densas exteriores es en donde los dominios citoplasmicos de las cadherinas se sujetan a la desmoplaquina a través de la placoglobina y de la placofilina. La placa densa interior es en donde la desmoplaquina se sujeta a los filamentos intermedios de la célula.

La interacción entre las células y estructuras individuales de la nanotopografía pueden inducir el paso de un agente a través de una célula de barrera y alentar el transporte transcelular . La interacción con queratinocitos del estrato córneo puede alentar la división de un agente en los queratinocitos, seguido por la difusión de las células y a través de nuevo de la bicapa de lípido. Aún cuando un agente puede cruzar una barrera de acuerdo a ambas rutas paracelular y transcelular, la ruta transcelular puede ser predominante para las moléculas altamente hidrofilicas , aún cuando, desde luego, la trayectoria de transporte predominante puede variar dependiendo de la naturaleza del agente, de la hidrofilicidad siendo sólo una característica de definición.

De acuerdo a una incorporación, la permeabilidad incrementada de una capa celular puede ser determinada a través de la determinación de la resistencia eléctrica transepitelial (TEER, también mencionada aquí como resistencia transepitelial o TER) desde la capa. Como se conoce generalmente, una disminución en la resistencia eléctrica transepitelial a través de una capa celular es una buena indicación de un aumento de la permeabilidad de la capa celular debido, a por ejemplo, la falta de formación de la abertura de las juntas apretadas de la capa celular. Es claro que en la endotelia y en cierta epitelia, la capacidad de juntas apretadas para restringir el flujo paracelular no es inmutable. Más bien, la función de compuerta de las juntas apretadas es capaz de una regulación dinámica (Madara, 1988; Rubin, 1992) . En particular, la activación de las trayectorias de transducción de señal ya sea por ligandos relectores o moduladores permeantes-membranas específicos puede tener efectos notables sobre la permeabilidad de trayectoria paracelular. Por ejemplo, una activación de proteína cinasa C provoca un aumento sustancial en la permeabilidad de las juntas apretadas de las células MDCK (Ojakian, 1981), una linea de célula epitelial. La elevación AMP cíclica disminuye la permeabilidad en las células endoteliales del cerebro en el cultivo, un sistema modelo para el estudio de la barrera de sangre-cerebro (Rubín y otros, 1991). La AMP cíclica también disminuye la permeabilidad de junta apretada en las células endoteliales periféricas (Stelzner y otros, 1989; Langeier y otros, 1991) .

Las propiedades de permeabilidad de la junta apretada también dependem de la junta de adherens. La interrupción de la junta de adherens por remoción de Ca2+ extracelular lleva a una abertura de las juntas apretadas de la células MDCK (vea Martines-Palomo y otros, 1980; Gumbiner y Simons , 1986) y en las células endoteliales (Rutten y otros, 1987). Las quinaceas parecen estar involucradas en esta modulación indirecta de la integridad de junta apretada en las células MDCK (Citti, 1992). Los componentes sensibles -Ca2+ de los complejos de junta adherens son las cadherinas (revisada por Geiger y Avalon, 1992) . Estas proteínas transmembrana median la adhesividad intracelular en la manera homofílica dependiente de Ca2+ a través de sus dominios extracelulares . El dominio citoplásmico de las cadherinas asocia con tres proteínas adicionales llamadas oc- catenina, ß-catenina y ?-catenina (Ozawa y otros, 1989) , el cual enlaza las cadherinas al citoesqueleto de actina y se requieren para la adhesividad de cadherina (Hirano y otros, 1987; Nagaruchi y Takeichi, 1988; Ozawa y otros, 1990; Kintner, 1992; vea Stappert y Kemler, 1983) .

De acuerdo con la presente descripción, el contacto entre una capa epitelial y una superficie de dispositivo que incluye un patrón predeterminado de estructuras fabricadas sobre la superficie, por lo menos una parte de la cual está fabricada sobre una escala de nanómetro, puede aumentar la permeabilidad y disminuir el TTER de la capa epitelial, por ejemplo, el TEER de una capa epitelial puede caer a menos de alrededor de 85 por ciento , o a menos del alrededor de 70 por ciento de su valor inicial después del contacto entre la capa y una superficie con nanopatrón por un periodo de tiempo. Por ejemplo, después de alrededor de 30 minutos de contacto entre una capa epitelial y una superficie incluyendo un patrón de nanoestructura sobre la misma, el TEER a través de la capa puede ser de entre alrededor de 90 por ciento y alrededor de 95 por ciento del valor inicial. Después de 60 minutos, el TEER a través de la capa pede ser de entre alrededor de 80 por ciento y alrededor de 90 por ciento de su valor inicial y después de 20 minutos, el TEER a través de la capa puede ser de entre alrededor de 60 por ciento y alrededor de 75 por ciento de su valor inicial.

La Figura 10 ilustra un método para determinar el TEER a través de una capa epitelial. En esta incorporación, una capa de célula, por ejemplo una monocapa de célula epitelial, puede crecer o estar de otra manera localizada en la base de la cámara apical o que está en la cumbre. La base de la cámara apical puede ser una membrana de filtro microporosa, como se notó, para permitir el flujo entre las otras dos cámaras para evitar que las células individuales pasen adentro de la cámara básica. Por vía de ejemplo, la membrana de filtro microporosa puede incluir poros de alrededor de 0.4 micrómetros y alrededor de 4xl06 poros/centímetros. Desde luego, los parámetros específicos de los nuevos componentes del sistema no son críticos y pueden ser variados como se conoce en el arte. La cámara apical puede ser definida por un inserto de trans-pozo que puede ajustar adentro de un pozo más grande, como se mostró, definiendo por tanto la cámara básica del sistema. Durante el uso, un primer electrodo 1 y un segundo electrodo 2 pueden estar localizados sobre cualquier lado de la monocapa de célula epitelial y un medidor ohm 4 puede estar conectado entre los dos electrodos. El medidor ohm 4 puede proporcionar el TEER desde la monocapa de célula. Los sistemas para determinar el TEER a través de una capa de célula se conocen, como el sistema de resistencia eléctrica MillicellMarca de Comercio (disponible de Millipore de Bedford, Massachusetts , de Estados Unidos de América) pueden ser utilizados .

En contacto entre una capa de célula epitelial y una superficie incluyendo nanoestructuras fabricadas sobre la misma pueden llevar a una caída en el TEER, lo cual indica un aumento en una permeabilidad de capa. Por tanto, después del contacto por una capa epitelial y una superficie nanoestructurada, la capacidad de transportar los compuestos a través de la capa puede ser incrementada grandemente. Esto puede mejorar la entrega transdérmica de los compuestos que previamente no pudieron ser eficientemente entregados en esta forma. Por ejemplo, la entrega transdérmica de los compuestos de alto peso molecular, de los compuestos lipofilicos y/o de los compuestos cargados puede ser mejorada a través de la utilización de los métodos y dispositivos descritos .

Desde luego, las estructuras nanodimensionadas del dispositivo pueden afectar directamente o indirectamente otros componentes de un microambiente circundante, y se proporcionan aquí solamente una muestra representativa de tales estructuras.

El dispositivo incluyendo una nanotopografia fabricada sobre una superficie de dispositivo puede ser formado de acuerdo a un proceso de peso único.

Alternativamente, un proceso de pasos múltiples puede ser usado, en el cual un patrón de nanoestructuras son fabricadas sobre una superficie formada previamente. Por ejemplo, como un arreglo de microagujas puede ser formado primero y después un patrón al azar o un patrón no al azar de nanoestructuras puede ser fabricado en la superficie de las microagujas formadas. En cualquiera del proceso de paso único o el proceso de dos pasos, las estructuras pueden ser fabricadas sobre una superficie o sobre una superficie de molde de acuerdo a cualesquier método de fabricación de nanotopografía adecúa incluyendo, sin limitación, la nano-impresión, el moldeado inyección, la litografía, el moldeado grabado y otros.

En general, un arreglo de microagujas puede ser formado de acuerdo a cualquier técnica de microfabricación estándar incluyendo, sin limitación, las técnicas de litografía; técnicas de decapado, tal como la remoción química húmeda, en seco y fotoresistente; la oxidación térmica de silicón; el electro recubrimiento y el recubrimiento sin electrodo; el proceso de difusión, tal como, la difusión de boro, la difusión de fósforo, la difusión de arsénico y la difusión de antimonio; la implantación de ión; el depósito de película, tal como evaporación (filamento, rayo electrónico, centelleo y sombreado y cobertura de pasos) , el escupido, el depósito de vapor químico (CVD) , la epitaxia (fase de vapor, fase líquida y decapado molecular), el electrorecubrimiento la impresión de rejilla, la laminación, la esterolitografía, el maquinado láser, y la ablación láser (incluyendo la ablación de proyección) .

Un proceso de decapado electroquímico puede ser utilizado en el cual el decapado electroquímico de silicio sólido a silicio poroso es usado para crear redes de silicio extremadamente finas (sobre el orden de 0.1 µ??) que pueden ser usadas como estructuras de perforación. Este método puede usar la anodización electrolítica de silicio en ácido hidrofluórico acuoso, potencialmente en combinación con luz, para decapar canales en el silicio. Mediante el variar la concentración de drogado de la oblea de silicio que va a ser decapada, el potencial electrolítico durante el decapado, la intensidad de luz de incidente, y la concentración de electrolito, el control de la estructura de poro final puede ser lograda. El material no decapado (por ejemplo, el silicio restante) forma las microagujas .

El decapado de plasma también puede ser utilizado, en el cual el decapado de plasma profundo de silicio se lleva a cabo para crear microagujas con diámetros sobre el orden 0.1 micrómetros o más grandes. Las agujas pueden ser fabricadas inmediatamente mediante el controlar el voltaje (como el decapado electroquímico) .

Las técnicas de litografía, incluyen la fotolitografía, la litografía de rayo-e, la litografía de rayo-X, y otros pueden ser utilizados para una formación y definición de patrón primario de una matriz maestra. La replicación puede entonces llevarse a cabo para formar el dispositivo incluyendo un arreglo de microagujas. Los métodos de duplicación comunes incluyen, sin limitación, el micromoldeado ayudado con solvente y el fraguado, el moldeado con grabado, el moldeado con inyección y otros. Las tecnologías de auto-ensamble incluyen el copolímero de bloque, el separado de fase, el desmezclado de polímero y las técnicas de litografía coloidal también pueden ser utilizadas para formar una nanotopografía sobre la superficie.

Las combinaciones de los métodos pueden ser usados como se conoce. Por ejemplo, los sustratos con patrón con colores pueden ser expuestos al decapado de ión reactivo (RIE, también conocido como decapado seco) como para refinar las características de una nanoestructura fabricada tal como un diámetro nanopilar, un perfil, una altura, una inclinación y otros. El decapado húmedo puede también ser ampliado para producir perfiles alternos para las nanoestructuras fabricada inicialmente formadas de acuerdo a un proceso diferente, por ejemplo, técnicas de desmezclado de polímero.

El diámetro de estructura, la forma y la inclinación pueden ser controladas a través de la selección de los métodos y los materiales apropiados. Por ejemplo, el decapado de los metales inicialmente evaporados sobre los sustratos con patrón coloidal seguido por el levantamiento coloidal generalmente resulta en pilares de forma de prisma. Un proceso de decapado puede entonces ser utilizado para completar las estructuras como se desee. Las nanoestructuras poliméricas no esféricas también pueden ser fabricadas a través de técnicas de sinterización de temperatura controlada, las cuales forman novedad de características nanométricas trigonales ordenadas en los intersticios coloidales después de la disolución colectiva de las nanopartículas poliméricas. Estos y otros procesos de formación adecuados son generalmente conocidos en el arte (vea por ejemplo Wood, J R Soc Interface, 2007 Febrero 22; 4(12): 1-17, incorporada aquí por referencia) .

Otros métodos como pueden ser utilizados en la formación de una microaguja incluyen una nanotopografia fabricada sobre una superficie que incluye métodos de litografía nanoimpresa utilizando técnicas de maquinado de láser de precisión ultra alta, cuyos ejemplos se han descrito por Hunt y otros (vea la patente de los Estados Unidos de América número 6, 995, 336) y por Guo y otros (patente de los Estados Unidos de América número 7,374,864), ambas de las cuales son incorporadas aquí por referencia. La litografía de nanoimpresión es una técnica de litografía a escala nano en la cual un molde híbrido es utilizado el cual actúa como ambos un molde de litografía nanoimpresa y una máscara de fotolitografía. Un esquema de una técnica de litografía nanoimpresa está ilustrada en las Figuras 11A-11C. Durante la fabricación, un molde híbrido 30 se imprime en un sustrato 32 a través de la presión aplicada para formar características (por ejemplo, microagujas que definen nanotopografía ) sobre una capa resistente (Figura 11A) . En general, la superficie del sustrato 32 puede ser calentada antes del contacto con el molde 30 a una temperatura arriba de su temperatura de transición del vidrio (Tg) . Aún cuando el molde híbrido 30 está en contacto con el sustrato 32, un flujo de polímero viscoso puede ser forzado dentro de las cavidades del molde para formar las características 34 (Figura 11B) . El molde y el sustrato pueden entonces ser expuestos a rayos ultra violeta.

EL molde híbrido es generalmente transmisiva a la radiación ultravioleta salvo por ciertas áreas obstruidas. Mientras tanto, los rayos ultravioleta pasas a través de partes transmisoras y adentro de la tapa de resistencia. La presión es mantenida durante el enfriamiento del molde y el sustrato. El molde híbrido 30 es entonces removido desde el sustrato enfriado 32 a una temperatura debajo de la temperatura de transición del vidrio del sustrato y el polímero (Figura 11C) .

Para facilitar la liberación del sustrato nanoimpreso 32 incluyendo las características fabricadas 34 desde el molde 30, como se mostró en la Figura 11C, es ventajoso en tratar el molde 30 con un recubrimiento de energía baja para producir la adhesión con el sustrato 32, ya que una energía de superficie más baja del molde 32 y la diferencia de la energía de superficie mayor resultante entre el molde 30, el sustrato 32 y el polímero puede facilitar la liberación entre los materiales. Por vía de ejemplo, un recubrimiento de molde de silicio puede ser usado tal como trideca- (1, 1, 2, 2-tetrahidro) -octitricloro silano ( F13-TCS ) .

Un proceso de nanoimpresión es uno dinámico el cual incluye el llenado de un molde seguido por el desprendimiento de un polímero formado desde el molde. Para llenar las características del molde, la temperatura del polímero puede ser elevada a un nivel esencialmente alto para iniciar el flujo bajo la presión aplicada. Entre más alta la temperatura, más baja la viscosidad del polímero, y más rápido y más fácil será el llenado del molde. Una presión más alta también mejorará el llenado y el llenado general para una mejor replicacion de molde. Para liberar el sustrato nanoimpreso del molde, la temperatura del sustrato puede ser bajada a un punto en donde la resistencia del hundimiento excede las fuerzas de adhesión ejercidas por el molde. Mediante el variar la temperatura también es posible el jalar las características de polímero durante el desprendimiento para obtener estructuras diferentes, por ejemplo, estructuras como se ilustró en la Figura 8.

Las estructuras también pueden ser formadas de acuerdo a los procesos de adición química. Por ejemplo, el depósito de película, el escupido, el depósito de vapor químico (CVD) , la epitaxia (fase de vapor, fase líquida, y rayo molecular) , el electro recubrimiento, y otros pueden ser utilizados para construir estructuras sobre una superficie.

Los procesos de monocapa autoensambladas son también conocidas en el arte y pueden ser utilizadas para formar un patrón de estructuras sobre una superficie. Por ejemplo, la capacidad de los copolímeros de bloque para auto-organizarse puede ser usada para formar un patrón de monocapa sobre una superficie. El patrón puede entonces ser usado como una plantilla para el crecimiento de ciertas estructuras deseadas, por ejemplo coloides, de acuerdo al patrón de la monocapa.

Por vía de ejemplo, una red de polímero enlazado en forma cruzada de dos dimensiones puede ser producida de las monocapas con dos o más sitios reactivos. Tales monocapas enlazadas en forma cruzada se han hecho usando la monocapa de autoensamble (SAM) (por ejemplo, un sistema de oro/alquilo tiol) o las técnicas de monocapa de Langmuir-Blodgett (LB) (Ahmed y otros, Películas Sólidas Delgadas 187: 141-153 (1990)) como se conoce en el arte. La monocapa puede ser enlazada en forma cruzada, lo cual puede llevar a la formación de una monocapa estructuralmente más robusta.

Los monómeros usados para formar una monocapa con patrón pueden incorporar todas las mitades estructurales necesarias para afectar la técnica de polimerización deseada y/o la técnica de formación de monocapa así como para influenciar tales propiedades como la solubilidad global, los métodos de disociación, y los métodos litográficos . Un monómero puede contener al menos un grupo, y más frecuentemente dos grupos de grupos funcionales reactivos.

Una molécula usada para formar una monocapa orgánica puede incluir cualquiera de varios grupos funcionales orgánicos intercalados con cadenas de grupos de metileno. Por ejemplo, una molécula puede ser una estructura de carbón de cadena larga que contienen cadenas de metileno para facilitar el empaque. El empaque entre los grupos de metileno puede permitir que ocurra la unión Var der Walls débil, mejorando la estabilidad de la monocapa producida y contraatacando las penalidades entrotópicas asociadas con la formación de una fase ordenada. En adición, las mitades terminales diferentes, tal como las mitades de unión de hidrógeno pudiendo estar presentes en un término de las moléculas, a fin de permitir el crecimiento de la estructuras sobre la monocapa formada, en cuyo caso, las mitades químicas polimerizables pueden ser colocadas en la mitad de la cadena o en el término opuesto. Cualesquier química de conocimiento molecular adecuado puede ser usado en la formación del conjunto. Por ejemplo, las estructuras pueden ser ensambladas sobre una monocapa basada sobre la interacción electrostática, en la interacción Van der Walls, la quelación de metal, la unión de coordinación (por ejemplo, interacciones de base/ácido Lewis), la unión iónica, la unión covalente o la unión de hidrógeno.

Cuando se utiliza un sistema a base de monocapa alta ensamblante, una molécula adicional puede ser utilizada para formar la plantilla. Está molécula adicional pueden tener una funcionalidad apropiada en uno de sus términos a fin de formar la monocapa autoensamblante . Por ejemplo, sobre una superficie de oro, puede ser incluido un tiol terminal. Hay una amplia variedad de moléculas orgánicas que pueden ser empleadas para efectuar la replicación. Las mitades polimerizables topoquímicamente, tal como dienos y diacetilenos, son particularmente deseables como los componentes polimerizantes . Estos pueden ser intercalados con longitudes variables de enlazadores de metileno.

Para una monocapa Langmuir-Blodgett, sólo una molécula de monómero es necesaria debido a que la mitad de reconocimiento molecular también puede servir como el grupo funcional para los propósitos de formación de Langmuir-Blodgett. La litografía puede ser llevada a cabo sobre una monocapa de Langmuir-Blodgett transferida a un sustrato, directamente en la artesa. Por ejemplo, una monocapa Langmuir-Blodgett de monómeros de diacetileno pueden ser echa con patrón mediante exposición ultravioleta a través de una máscara mediante formación de patrón de rayo electrónico.

La formación de monocapa puede ser facilitada mediante el utilizar moléculas que sufren una polimerización topoquímica en la fase de monocapa. Mediante la exposición de la película ensambladora a un catalizador de polimerización, la película puede ser cultivada en el lugar y puede ser cambiada de un conjunto molecular dinámico a un conjunto polimerizado más robusto .

Cualquiera de las técnicas conocidas en el arte para la formación de patrón de monocapa puede usarse para formar el patrón de la monocapa. Las técnicas útiles en la formación de patrón de la monocapa, incluyen, pero no se limita a la fotolitografía, a las técnicas de rayo-e, a las técnicas de rayo-ión enfocadas, y a la litografía suave. Varios esquemas de protección tal como foto resistir pueden usados paraban sistema basado en la monocapa autoensamblante . En forma similar, los patrones de copolímero de bloque pueden ser formados sobre oro y selectivamente decapados para formar patrones. Para un sistema de dos componentes, la formación de patrón también puede ser lograda mediante técnicas fácilmente disponibles.

Las técnicas de litografía suave pueden ser utilizadas para formar el patrón de la monocapa en el cual la luz ultravioleta y una máscara pueden ser usadas para la formación de patrón. Por ejemplo, una monocapa de base sin patrón puede ser usada como una plataforma para el ensamble de una monocapa de monómero de activo de radió de partícula/ultravioleta. La monocapa de monómero puede entonces ser formada con patrón mediante fotolitografía ultravioleta, litografía de radio electrónica, o litografía de radio de ión, aún cuando la monocapa autoensamblante no tiene un patrón.

El crecimiento de estructuras sobre una monocapa con patrón puede ser lograda por varios mecanismos de crecimiento, tal como a través de la química de la dirección apropiada de unas sales de metal y el uso de una nucleación mediada con plantilla de semilla. Usando los elementos de reconocimiento sobre una monocapa, el crecimiento inorgánico puede ser catalizado en esta inferíase por una variedad de métodos. Por ejemplo, los compuestos inorgánicos en la forma de coloides llevando la forma de la monocapa orgánica con patrón pueden ser formados. Por ejemplo, el carbonato de calcio o las estructuras de sílice pueden ser templadas mediante varias funcionalidades carbonilo, tal como las amidas y ácidos carboxilicos . Al controlar las condiciones de crecimiento cristal, es posible el controlar el grosor y la morfología de crecimiento mineral. El dióxido de titánio también puede ser templada.

Las técnicas de recubrimiento sin electrodo templado pueden ser usadas para sintetizar los metales usando los métodos funcionales orgánicos existentes. En particular, mediante el quilatar los átomos de metal a las mitades carbonilo del patrón orgánico, el depósito del metal electrolítico puede ser catalizado sobre el patrón, formando coloides metálicos con patrón. Por ejemplo, Cu, Au, Ni, Ag, Pd, Pt y muchos otros metales que pueden ser plegables mediante condiciones de recubrimiento electrolítico pueden ser usados para formar estructuras de metal en la forma de una monocapa orgánica. Mediante el controlar las condiciones de recubrimiento electrolítico, es posible el controlar el grosor de las estructuras de metal recubiertas.

Otros métodos de crecimiento de tipo "fondo-arriba" son aquellos conocidos en el arte que pueden ser utilizados, por ejemplo, un método como se describe en la patente de los Estados Unidos de América número 7,189,4353 otorgada a Tuomonen y otros, la cual se incorpora aquí por referencia. De acuerdo a este método, un sustrato conductor o casi conductor (por ejemplo, un metal tal como el oro) puede ser recubierto por una película de copolímero de bloque (por ejemplo, un copolímero de bloque de metilmetacrilato y estireno) , donde un componente del copolimero forma cilindros nanoscópicos en una matriz de otro componente del copolimero. Una capa conductora puede entonces ser colocada sobre la parte superior del copolimero para formar una estructura compuesta. Con la orientación vertical de la estructura compuesta, algunos de los primeros componentes pueden ser removidos, por ejemplo, mediante exposición a radiación ultravioleta, a un rayo electrónico, al ozono, a la degradación o similares para formar poros nanoscópicos en esa región del segundo componente.

En otra incorporación, descrito en la patente de los Estados Unidos de América número 6,926,935 otorgada Nealey y otros, e incorporada aquí por referencia, las estructuras de copolimero pueden ser formadas mediante exponer un sustrato por una capa de formación de imagen sobre la misma, por ejemplo, una monocapa autoensamblada de un alquil siloxano o un octadeciltriclorosilano, a dos o más rayos de solicitudes de onda seleccionadas para formar patrones de interferencia en la capa de formación de imagen para cambiar un humedecimiento de la capa de formación de imagen de acuerdo con los patrones de interferencia. Una capa de un copolimero de bloque seleccionado, por ejemplo, un copolimero de poliestireno y de poli (metil metacrilato) puede entonces ser depositado sobre la capa de formación de imagen expuesta y templada para separar los componentes del copolimero de acuerdo con el patrón de humectabilidad y para triplicar el patrón de la capa de formación de imagen en la capa de copolimero. Las tiras o regiones aisladas de los componentes separados pueden por tanto ser formadas con dimensiones periódicas a lo largo de 100 nanometros o menos.

El dispositivo de superficie puede incluir la distribución al azar de nanoestructuras fabricadas. Opcionalmente, la superficie puede incluir materiales adicionales en conjunción con las nanoestructuras fabricadas. Por ejemplo, la superficie de microaguja puede ser fabricada sobre una capa fibrosa del electrohilado, y un patrón de estructuras al azar y un patrón de estructuras no al azar puede ser fabricado sobre la capa electrohilada .

El electrohilado incluye el uso de un proveedor de alto voltaje para aplicar un campo eléctrico a una solución ahorrativa de polímero mantenida en un tubo capilar, induciendo una carga sorbe las moléculas de polímero individuales. Con la aplicación del campo eléctrico, una carga y/o una orientación bipolar será inducida en la interfase de aire-superficie. La inducción provoca una fuerza que se opone a la tensión de superficie. En la resistencia de campo crítico, las fuerzas electrostáticas superarán las fuerzas de tensión de superficie, y un chorro de material de polímero será expulsado desde el tubo capilar hacia una superficie a tierra conductora. EL chorro es alargado y acelerado por el campo eléctrico externo al dejar este el tubo capilar. Al desplazarse el chorro en el aire, algo del solvente puede evaporarse dejando a tras fibras de polímero cargadas las cuales pueden ser recolectadas sobre la superficie. Al ser recolectadas las fibras, las fibras individuales y aún mojadas pueden adherirse unas a otras formando una tela no tejida sobre la superficie. Un patrón de nanoestructuras pueden entonces ser fabricadas sobre la superficie electrohilada, por ejemplo a través de una técnica de grabado utilizando un molde que define las nanoestructuras deseadas. Aplicando el molde a la superficie de microaguja a una temperatura y presión adecuadas se puede transferir el patrón a la superficie de microaguja. Una superficie de fibras nanodimensionadas electrohiladas al azar puede además mejorar las características deseables de una superficie de microagujas, por ejemplo, una o más de las áreas de superficie para proporcionar el volumen, aspereza de superficie, energía de superficie y otros y proporcionar beneficios asociados.

La superficie de una superficie de microaguja puede además ser funcionalizada para mejorar la interacción con tejidos o células individuales mediante el uso. Por ejemplo, una o más moléculas tal como los polinucleótidos, los polipéptidos , las proteínas completas, los polisacáridos y similares pueden estar unidos a una superficie estructurada antes del uso.

En otras incorporaciones, una superficie incluyendo estructuras formadas sobre la misma puede ya contener una reactividad adecuada por tal que la funcionalidad deseada adicional puede espontáneamente sujetar a la superficie sin un tratamiento previo necesario de la superficie. Sin embargo, en otras incorporaciones, el tratamiento previo de la superficie estructurada antes de la sujeción del compuesto deseado puede llevarse a cabo. Por ejemplo, la reactividad de la estructura de superficie puede ser incrementada a través de la adición o de la creación de amina, de ácido carboxilico, hidróxido, aldehido, tios o grupos de éster sobre la superficie. En una incorporación representativa, una superficie de microaguja incluyendo un patrón de nanoestructuras formada sobre la misma, puede ser aminatada a través del contacto con un compuesto que contiene amina, tal como el 3-aminopropiltrietoxi silano a fin de aumentar la funcionalidad de la superficie y aglutinar una biomolécula o más biomoléculas a la superficie a través de la funcionalidad de amina agregada.

Los materiales, pueden ser deseablemente unidos a la superficie en el dispositivo con patrón pueden incluir proteínas de matriz extracelular tal como lamininas, tropoelastina o elastina, tropocolágeno o colágeno, fibronectina y similares. Los fragmentos de polipéptidos cortos pueden estar unidos a la superficie de un dispositivo con patrón tal como una frecuencia RGD, la cual es parte de la secuencia de conocimiento de la integrina que se une a mucha s proteínas de matriz extracelular. Por tanto, la funcionalización de una superficie de microaguja con RGD puede alentar la interacción del dispositivo con proteínas de matriz extracelular además de imitar la respuesta de cuerpo extraño al dispositivo durante el uso.

Los dispositivos pueden estar asociados por agente para la entrega a través del dispositivo. Por ejemplo, un parche de microagujas transdérmico puede ser utilizado para entrega de materiales de bajo estrato córneo al estrato espinoso al estrato germinativo, o aún, a más profundo dentro de la dermis. En general, un agente puede ser transportado a través del estrato córneo en conjunción con la microaguja, por ejemplo, dentro de la microaguja y en la superficie de la microaguja.

El dispositivo puede incluir un depósito, por ejemplo, un recipiente, una matriz porosa, etc. que puede almacenar y un agente y proporcionar el agente para la entrega. El dispositivo puede incluir un depósito dentro del dispositivo mismo. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir poros huecos o poros múltiples que pueden llevar un agente o más agentes para la entrega. El agente puede ser liberado desde el dispositivo a través de la liberación de una parte del dispositivo o del dispositivo completo o a través de la difusión del agente desde el dispositivo.

La Figura 12A y la Figura 12B son vistas en perspectiva del dispositivo incluyendo un depósito. El dispositivo 110 incluye un depósito 112 definido por una capa de respaldo impermeable 114 y un arreglo de microaguja 116. La capa de respaldo y el arreglo de microagujas 116 estando unidas juntas alrededor de la periferia exterior del dispositivo, como se indicó en el punto 118. La capa de respaldo impermeable 114 puede estar unida por un adhesivo, un sello con calor o similar. El dispositivo 110 también incluye una pluralidad de microagujas 120. Un forro de liberación 122 puede ser removido antes del uso del dispositivo para exponer las microagujas 120.

Una fórmula incluyendo un agente o más agentes puede estar retenida dentro del depósito 102. Los materiales adecuados para usarse como una capa de respaldo impermeable 114 pueden incluir materiales tales como poliésteres, polietileno polipropileno y otros polímeros sintéticos. El material es generalmente sellable con calor o puede ser sellado de otra manera a la capa de respaldo para proporcionar una barrera al flujo transversal de los contenidos del depósito.

El depósito 102 es definido por el espacio o la separación entre la capa de respaldo 14 y el arreglo de microagujas 16 proporciona una estructura de almacenamiento en la cual retener la suspensión de los agentes gue van a ser administrados. El depósito puede ser formado de una variedad de materiales que son compatibles con un agente que va a ser contenido ahí. Por via de ejemplo, los polímeros naturales y los polímeros sintéticos, los metales, las cerámicas, los materiales semiconductores y los compuestos de los mismo pueden formar el depósito.

En una incorporación, el depósito puede ser sujetado a un sustrato sobre el cual están localizadas las microagujas. De acuerdo a otra incorporación, el depósito puede ser separado y puede ser conectado en forma removible al arreglo de microaguja o en comunicación de fluido para el arreglo de microaguja, por ejemplo, a través de un tubo apropiado, cerraduras leur, etc.

El dispositivo puede incluir un depósito o una pluralidad de depósitos para almacenar los agentes que van a ser entregados. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir un depósito único que almacena una formulación que contiene un agente único que almacena una formulación que contiene un agente único o una formulación que contiene agentes múltiples, o el dispositivo puede incluir depósitos múltiples, cada uno los cuales almacena un agente o más agentes para la entrega a todas las microagujas o una parte del arreglo de microagujas. Los depósitos múltiples pueden cada uno almacenar un material diferente que puede ser combinado para la entrega. Por ejemplo, un primer depósito puede contener un agente, por ejemplo, una droga, y un segundo depósito puede contener un vehículo, por ejemplo, agua salada. Los diferentes agentes pueden ser mezclados antes de la entrega. La mezcla puede ser disparada por cualquier medios, incluyendo, por ejemplo, la interrupción mecánica (por ejemplo, la perforación, la degradación o el rompimiento) , cambiando la porosidad, o degradación electroquímica de las paredes o membranas separando las cámaras. Los depósitos pueden contener diferentes agentes activos para la entrega que pueden ser entregados en conjunción uno con otro o e secuencia.

En una incorporación, el depósito puede estar en comunicación de fluido con una o más microagu as del dispositivo transdérmico, y las microagujas pueden definir una estructura (por ejemplo, un orificio central o un orificio lateral), para permitir el transporte de los agentes entregados por debajo de la capa de barrera.

Las incorporaciones alternas, un dispositivo puede incluir un conjunto de microagujas y un conjunto de depósito con prevención de flujo entre los dos antes del uso. Por ejemplo, un dispositivo puede incluir un miembro de liberación colocado en la red de ambos un depósito y un arreglo de microagujas. El miembro de liberación puede estar separado del dispositivo antes del uso de manera que durante el uso el depósito y el arreglo de microagujas están en comunicación de fluido uno con otro. La separación puede ser lograda a través del desprendimiento parcial o el desprendimiento completo del miembro de liberación. Por ejemplo, refiriéndonos a las Figuras 13-18, está mostrada una incorporación de un miembro de liberación que está configurado para ser desprendido de un parche transdérmico para iniciar el flujo de un compuesto de droga. Más particularmente, las Figuras 13-14 muestran un parche transdérmico 300que contiene un conjunto de entrega de droga 370 y6 un conjunto de microagujas 380. El conjunto de entrega de drogas 370 incluye un depósito 306 colocado a un lado de una membrana de control de tasa 308.

La membrana de control de tasa puede ayudar a desacelerar la tasa de flujo del compuesto de droga con su liberación. Específicamente, los compuestos de droga fluídicos que pasan desde el depósito de drogas al conjunto de microagujas a través de los canales microfluídicos pueden experimentar una caída en la presión que resulta en una reducción en las tasas de flujo. Si esta diferencia es demasiado grande, alguna presión de regreso puede ser creada la cual puede impedir el flujo del compuesto y potencialmente superar la presión capilar del fluido a través de los canales microfluídicos . Por tanto, el uso de la membrana de control de tasa puede aminorar esta diferencia en la presión y permitir al compuesto de droga el ser introducido adentro de la microaguja a una tasa de flujo más controlada. Los materiales particulares, grosor, etc. de la membrana de control de tasa pueden variar sobre factores múltiples, tal como la viscosidad del compuesto de drogas, el tiempo de entrega deseado, etc.

La membrana de control de tasa puede ser fabricada de materiales microporosos o materiales casi permeables o permeables que son conocidos en el arte para controlar la tasa de los compuestos de droga y que tienen una permeabilidad al mej orador de permeación más baja que aquella del depósito de drogas. Por ejemplo, el material usado para formar la membrana de control de tasa puede tener un tamaño adecuado promedio de desde alrededor de 50 nanómetros a alrededor de 5 micrómetros, en algunas incorporaciones de desde alrededor de 100 nanómetros a alrededor de 2 micrómetros y en algunas incorporaciones de desde alrededor de 200 nanómetros a alrededor de 1 micrómetro (por ejemplo, alrededor de 600 nanómetros) . Los materiales de membrana adecuados incluyen, por ejemplo, los tejidos fibrosos (por ejemplo, las telas tejidas o no tejidas), las películas perforadas, las esponjas, etc. las cuales son formadas de polímeros tales como de polietileno, de polipropileno, de polivinil acetato, de etileno n-butil acetato y copolímeros de etilen vinil acetato. Tales materiales de membrana están también descritos en mayor detalle en la patente de los Estados Unidos de América número 3, 797, 494, en la patente de los Estados Unidos de América número 4031, 894, en la patente de los Estados Unidos de América número4 :, 201, 211, en la ]patente de los Estados Unidos de América número 4, 379, 454, en la patente de los Estados Unidos de América número 4,436, 741, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 588, 580, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 615, 699, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 661, 105, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 681, 584, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 698, 062, en la patente de los Estados Unidos de América número 4,725,272, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 832, 953, en la patente de los Estados Unidos de América número 4, 908, 027, en la patente de los Estados Unidos de América número 5, 004, 610, en la patente de los Estados Unidos de América número 5,310,559, en la patente de los Estados Unidos de América número 5,342,623, en la patente de los Estados Unidos de América número 5,344,656, en la patente de los Estados Unidos de América número 5,364,630 y en la patente de los Estados Unidos de América número 6,375,978, las cuales son incorporadas en su totalidad por referencia con respecto de todos los propósitos relevantes. Un material de membrana particularmente adecuado está disponible de Lohmann Therapie-Systeme .

Refiriéndonos a las Figuras 13-14, aún cuando es accionado el conjunto 370 también contiene una capa de adhesivo 304 el cual está colocado a un lado del depósito 306. EL conjunto de microagujas 380 en forma similar incluye un soporte 312 desde 1 cual se extienden una pluralidad de microagujas 330 que tienen los canales 331, como se describió anteriormente arriba. Las capas del conjunto de entrega 370 y/o del conjunto de microagujas 380 pueden estas sujetadas juntas y si desea usando cualquier técnica de una conocida como a través de la unción adhesiva, la unión térmica y la unión ultrasónica, etc.

Sin importar la configuración particular ampliada, el parche 300 también contiene un molde de liberación 310 que está colocado entre el conjunto de entrega de droga 370 y el conjunto de microagujas 380. Aún cuando el miembro de liberación 310 puede generalmente estar unido al soporte adyacente 312 y/o a la membrana del control de tasa 380, éste está típicamente deseado que sea sólo ligeramente unido, si lo está del todo, de manera que el miembro de liberación 310 puede ser retirado fácilmente del parche 300. Si se desea, el miembro de liberación 310 también puede contener una parte de apéndice 371 (Figuras 13-14) que se extiende por lo menos parcialmente más allá del perímetro del parche 300 para facilitar la capacidad de un usuario o de una usuaria para amarrar sobre el miembro y jalar este en la dirección deseada. En su configuración "inactiva" como se mostró en las Figuras 13-14, el conjunto de entrega de drogas 370 del parche 300 retiene en forma segura un compuesto de droga 307 de manera que éste no fluye a cualquier extensión significante adentro de las microagujas 330. El parche puede ser "activado" mediante el simplemente aplicar una fuerza al miembro de liberación de manera que este es desprendido desde el parche.

Refiriéndonos a la Figura 15 y a la Figura 16, está mostrada una incorporación para activar el parche 300 en la cual el miembro de liberación 310 es jalado en una dirección longitudinal. El miembro de liberación completo 310 puede ser removido como se mostró en la Figura 17 y en la Figura 18, o éste puede ser simplemente desprendido parcialmente como se mostró en la Figura 16. En cualguier caso, sin embargo, el sello previamente formado entre el miembro de liberación 310 y la abertura (no mostrada) sobre el soporte 312 es rota. En esta manera, un compuesto de droga 107 puede comenzar a fluir desde el conjunto de entrega de droga 170 y adentro de los canales 131 de las microagujas 130 a través del soporte 112. Una ilustración de ejemplo de cómo el compuesto de droga 307 fluye desde el depósito 306 y adentro de los canales 331 está mostrado en la Figura 17 y en la Figura 18. Notablemente, el flujo del compuesto de droga 307 es iniciado pasivamente y no requiere ningunos mecanismos de desplazamiento activo (por ejemplo, bombas) .

En la incorporación mostrada en las Figuras 13-18, el desprendimiento del miembro de liberación inmediatamente inicia el flujo del compuesto de droga a las microagujas debido al conjunto de entrega de droga está ya colocado en comunicación de fluido con el conjunto de microagujas. En ciertas incorporaciones, sin embargo, puede ser deseado el proporcionar al usuario con un grado mayor y control sobre los tiempos de la liberación del compuesto de droga. Esto puede ser logrado mediante el uso de una configuración de parche en la cual el conjunto de microagujas nos está inicialmente en comunicación de fluido con el conjunto de entrega de droga. Cuando es deseado el usar el parche, el usuario o al usuaria puede manipular físicamente los dos conjuntos separados en comunicación de fluido. El miembro de liberación puede ser separado ya sea antes o después de que ocurre tal manifestación física.

Refiriéndose a las Figuras 19-24, por ejemplo, está mostrada una incorporación particular de un parche 200. Las Figuras 19-20 ilustran el parche 200 antes del uso y muestran una primera sección 250 formada por un conjunto de microagujas 280 y una segunda sección 260 formada por una conjunto de entrega de drogas 270. El conjunto de entrega de drogas 270 incluye un depósito 206 colocado a un lado de una membrana de control de tasa 208, como se describió anteriormente arriba. Aún cuando es opcional, el conjunto 270 también contiene una capa de adhesivos 204 que está colocada a un lado del depósito 206. El conjunto de microaguja 280 en forma similar incluye un soporte 212 del cual se extiende una pluralidad de microagujas 230 teniendo los canales 231, tal como se describió anteriormente.

En esta incorporación, el soporte 212 y la membrana de control de tasa 208 están inicialmente colocadas horizontalmente adyacentes una a cada otra, y un molde de liberación 210 se extiende sobre el soporte 212 y el miembro de control de tasa 208. En esta incorporación particular, se desea generalmente que el miembro de liberación 210 sea sujetado en forma liberable al soporte 212 y a la membrana de control de tasa 208 con un adhesivo (por ejemplo, un adhesivo sensible a la presión) . En su configuración "no activa", como se mostró en la Figura 19 y en la Figura 20, el conjunto de entrega de droga 270 y el parche 200 entrega en forma segura un compuesto de droga 207 de manera que este no fluye en una extensión significante dentro de las microagujas 230. Cuando se desea "activar" el parche, el miembro de liberación 210 puede ser pelado hacia fuera y removido, tal como se ilustró en la Figura 21 y en la Figura 22, para romper el sello previamente formado entre el miembro de liberación 210 y la apertura (no mostrada) del soporte 212. Después, la segunda sección 260 puede ser doblada alrededor de una linea de doblez "F" como se mostró por la flecha direccional en la Figura 23, de manera que el miembro de control de tasa 208 está colocado verticalmente a un lado del soporte 212 y en comunicación de fluido con el mismo. Alternativamente, la primera sección 250 puede ser doblada. No obstante, el doblado de las secciones 250 y/o 260 inicia el flujo de un contraste de droga 207 desde el conjunto de entrega de droga 270 y adentro de los canales 231 de las microagujas 230 a través del soporte 212 (vea la Figura 24) .

El dispositivo para entregar un agente a una tasa, para ser terapéuticamente útil. De acuerdo con este objetivo, un dispositivo transdérmico puede incluir una caja con microelectrónicos y otras estructuras micro-maquinadas para controlar la tasa de entrega ya sea de acuerdo a un programa preestablecido o a través de una interfase activa con un paciente, un profesional del cuidado de la salud, o un biosensor. El dispositivo puede incluir un material en una superficie teniendo una tasa de degradación predeterminada, como para controlar la liberación de un agente contenido dentro del dispositivo. Una tasa de entrega puede ser controlada mediante el manipular una variedad de factores, incluyendo las características de la formulación que va a ser entregada (por ejemplo, la viscosidad, la carga eléctrica, y/o la composición química) ; las dimensiones de cada dispositivo (por ejemplo, el diámetro exterior y el volumen de cualesquier aberturas) ; el número de microagujas sobre un parche transdérmico, el número de dispositivos individuales en una matriz portadora; la aplicación de una fuerza de impulsión (por ejemplo, el gradiente de concentración, un gradiente de voltaje, un gradiente de presión); el uso de una válvula; y otros.

La transportación de los agentes a través del dispositivo puede ser controlado o vigilado usando, por ejemplo, varias combinaciones de válvulas, accionadores y microprocesadores. Sus componentes pueden ser producidos usando técnicas de fabricación estándar o técnicas de microfabricación . Los accionadores que pueden ser útiles con los dispositivos pueden incluir microbombas, microválvulas y colocadores. Por ejemplo, el microprocesador puede ser programado para controlar una bomba o una válvula controlando por tanto la tasa de entrega.

El flujo de un agente a través del dispositivo puede ocurrir con base en la difusión o acción capilar, o este puede ser inducido usando bombas mecánicas convencionales o fuerzas de impulsión no mecánicas, tal como la electroósmosis, o la electroforésis o la convección. Por ejemplo, , en la electroósmosis, los electrodos son colocados en una superficie biológica (por ejemplo, la superficie de piel) , una microaguja, y/o un sustrato adyacente de microaguja, para crear un flujo convectivo el cual llevas las especies iónicas cargadas opuestamente y/o las moléculas neutrales hacia el sitio de entrega o adentro del sitio de entrega.

El flujo de un agente puede ser manipulado mediante la selección del material que forma la superficie de microagujas. Por ejemplo, una o más ranuras grandes adyacentes a la superficie de microagujas del dispositivo pueden ser usadas para dirigir el paso de la droga particularmente en un estado liquido. Alternativamente, las propiedades de superficie físicas del dispositivo pueden ser manipuladas para ayudarse a promover o inhibir el transporte del material a lo largo de la superficie, tal como mediante el controlar la hidrofilicidad o la hidrofobicidad .

El flujo de un agente puede ser regulado usando varias válvulas o compuertas como se conoce en el arte. Las válvulas pueden ser repetidamente abiertas y cerradas, o estas pueden ser válvulas de uso único. Por ejemplo, una barrera que puede ser rota o una compuerta de una vía pueden ser instaladas en el dispositivo entre un depósito y la superficie con patrón. Cuando está lista para el uso, la barrera puede ser rota, o la compuerta puede ser abierta para permitir el flujo a través de la misma hasta la superficie de microagujas. Otras válvulas u otras compuertas usadas en el dispositivo pueden ser técnicamente activadas, eléctricamente activadas, mecánicamente activadas o magnéticamente activadas para seleccionar, modular o retener el flujo de las moléculas a través de un dispositivo. En una incorporación, el flujo es controlado mediante el uso de una membrana de limitación de tasa como una "válvula".

En general, cualquier sistema de control de entrega de agente, incluyendo los depósitos, los sistemas de control de flujo, los sistemas sensores, y otros como se conoce en el arte pueden ser incorporados por los dispositivos. Por vía de ejemplo, la patente de los Estados Unidos de América número 7,250,037, la patente de los Estados Unidos de América número 7,315,758, la patente de los Estados Unidos de América número 7,429,258, la patente de los Estados Unidos de América número 7,582,069 y la patente de los Estados Unidos de América número 7,611,481 describen el depósito y sistemas de control como pueden ser incorporados en los dispositivos.

Los agentes como pueden ser entregados por el dispositivo pueden ser intentados para el área local cerca del dispositivo o pueden ser intentados para una distribución más amplia. Por ejemplo, en una incorporación, el dispositivo puede entregar los agentes para un manejo de dolor o un manejo de inflamación a un área local o alrededor de una junta, por ejemplo, en el tratamiento de la osteoartritis o la artritis reumatoide.

La nanotopografia del dispositivo puede mejorar la entrega de los agentes mientras que se minimiza la respuesta de cuerpo extraño e inmune. Esto puede ser particularmente benéfico cuando se considera la entrega de oligonucleótidos y otros terapéuticos a la envoltura nuclear. En el pasado, la entrega de materiales (por ejemplo, plásmidos, siRNA, RNAi y otros) a la envoltura nuclear a probado ser problemática debido a que aún cunado la endocitosis es lograda, la entrega endosomal adecuada a la cubierta nuclear a probado ser difícil, más factiblemente debido a la respuesta inmune y de cuerpo extraño. Una vez en el citoplasma, el material de entrega es frecuentemente reciclado a través de los endosomas tardíos o degradados en el lisosoma. De acuerdo a los métodos descritos, la interacción de una microaguja con la matriz extracelular puede evitar la respuesta de cuerpo extraño dentro de una célula y después de la endocitosis y alentar la entrega de los materiales al núcleo.

La entrega de los terapéuticos de proteína ha probado en forma similar ser problemática. Por ejemplo, la entrega de los agentes de peso molecular alto, los terapéuticos de proteína ha probado ser difícil para las rutas de entrega transdérmica debido a las barreras naturales de la piel. La presencia de la nanotopografía sobre una microaguja puede afectar benéficamente las termodinámicas de la matriz extracelular y mejorar la eficiencia de la entrega y tomar los terapéuticos de proteína. Como se utilizó aquí, el término "terapéuticos de proteína" se refieren generalmente a cualquier compuesto proteináceo biológicamente activo incluyendo, sin limitación, los compuestos naturales, los compuestos sintéticos y los compuestos recombinantes , las proteínas de fusión, quimeras y otros, as+í como los compuestos que incluyen los 20 aminoácidos estándar y/o los aminoácidos sintéticos.. por ejemplo, la presencia del dispositivo en el estrato granulosum o cerca de dicho estrato granuloso puede abrir las juntas apretadas y permitir el transporte paracelular de agentes de peso molecular alto. En una incorporación, el dispositivo puede ser utilizado en la entrega transdérmica de los agentes de peso molecular alto (por ejemplo, los agentes que definen un peso molecular mayor que alrededor de 400 Da, de más de alrededor de 10 kDa, de más de alrededor de 20 kDa, de más de alrededor de 100 kDa, por ejemplo de alrededor de 150 kDa) . Adicionalmente la variación de la proporción de área de superficie volumen del dispositivo puede ser utilizada para alterar la adsorción de proteina en la superficie del dispositivo, lo cual puede a su vez alterar la entrega y la toma real de los materiales. Por tanto, la entrega de material puede ser optimizada a través de la optimización de la proporción de área/volumen de superficie del dispositivo.

Aún considerando la entrega de agentes de peso molecular pequeño, el dispositivo puede proporcionar una eficiencia incrementada y una toma mejorada debido a la interacción del dispositivo con los componentes del tejido conector dérmico y acompañar disminución en respuesta al cuerpo extraño y la mejora en el potencial químico localizado en el área .

Desde luego, los dispositivos no están limitados a la entrega específica de agentes. La entrega sistémica de agentes también se está acompañada aquí con el retiro de un agente desde un sujeto a través del dispositivo.

No hay una limitación particular a los agentes como puede ser entregado por el uso del dispositivo. Lon agentes pueden incluir agentes proteináceos tal como la insulina, las inmunoglobulinas (por ejemplo, IgG, IgM, IgA, IgE) , TNF-oc, las modificaciones antivirales, y otros; los agentes de polinucleótido incluyen plásmidos, siRNA, RNAi, las drogas en contra del cáncer nucleósido, las vacunas y otros; y los agentes de molécula pequeña tal como los alcaloides, los glicosidos, los fenoles y otros. Los agentes pueden incluir los agentes en contra de la infección, las hormonas, drogas que regulan la acción cardiaca y el flujo de la sangre, el control del dolor y otros. Aún otras sustancias las cuales pueden entregadas de acuerdo con la presente descripción son los agentes útiles en la prevención, en el diagnóstico, en el alivió, en el tratamiento y la cura de una enfermedad. Un ejemplo no limitante de los agentes incluye los agentes en contra de la Angiogénesis, los antipresores , los agentes en contra de la diabetes, los antihistaminicos , lo agentes en contra de la inflamación, el butorfanol, la calcitonina, y los análogos, los inhibidores de COX-II, los agentes dermatológicos, los agonistas dopamina y los antagonistas, las encefalinas y otros péptidos opiodis, los factores de crecimiento epidérmico, la eritropoyetina y análogos, la hormona estimulante de folículo, glucagon, la hormona de crecimiento y análogos (incluyendo la hormona de liberación de hormona de crecimiento) , los antagonistas de hormona de crecimiento, la heparina, la hirudina, y los análogos de hirudina tal como el hirologo, los supresores de IgE y otros inhibidores de proteína, los inmuno supresores, la insulina, la insulina proteína y los análogos, los interferones , las interleucinas , la hormona leutenizante, la hormona liberadora de hormona leutilizante y los análogos, los anticuerpos monoclonales, o los anticuerpos policlonales , las preparaciones de enfermedad de movimiento, los relajantes musculares, los analgésico narcóticos, la nicotina, los agentes en contra de la inflamación no esteroides, los oligosacáridos , la hormona paratroide y análogos, la hormona paratroide antangonistas, los antagonistas de prostaglandina, las prostaglandinas , la escopolamina, los sedantes, los agonistas de serotonina y los antagonistas, la hipofunción sexual, los activadores de plasminógeno protegido, los tranquilizantes, las vacunas con o sin portadores/auxiliares, los vasodilatadores, los diagnósticos tal como tuberculina y/u otros agentes de hipersensibilidad como se describe en la patente de los Estados Unidos de América número 6,569,143 intitulado "Método de Inyección Intradérmica de Sustancias", cuyo contenido completo de la misma se incorpora aquí por referencia. Las formulaciones de vacuna pueden incluir una composición de antígeno o antigénica capaz de elicitar una respuesta inmune en contra de un patógeno humano o desde otros patógenos virales.

En una incorporación preferida, el dispositivo puede ser utilizado en una condición crónica, tal como la artritis reumatoide, para entregar un flujo estable de un agente a un sujeto en necesidad del mismo. Las drogas RA pueden ser entregadas a través de dispositivos descritos que pueden incluir compuestos de supresión de síntoma, tal como analgésicos y drogas antiinflamatorias incluyendo ambas las drogas antiinflamatorias y estereoidales y no esferoidales (NSAID) , así como las drogas antireumáticas modificadoras de la enfermedad (DMARDs) .

El dispositivo puede incluir y entregar compuestos de supresión de síntomas, tal como los analgésicos y las drogas en contra de la inflamación, así como los compuestos de drogas antirreumáticas de modificación de enfermedad, incluyendo las drogas antirreumáticas de modificación de enfermedad biológicas. Aunque no se desea el estar unido por cualquier teoría en particular, es deseable que las estructuras de escala de nanómetro fabricadas sobre la superficie del dispositivo mejoren la entrega de los compuestos a través de la barrera dérmica. A través de la utilización del dispositivo, las drogas RA pueden ser entregadas a una concentración estable sobre un periodo sostenido. El dispositivo puede evitar el rompimiento inicial de la concentración común cuando se utilizan previamente los métodos conocidos para la entrega de drogas RA incluyendo la entrega oral y la inyección.

Las drogas RA como pueden ser entregadas en el dispositivo pueden incluir, sin limitación, uno o más analgésicos, antiinflamatorios, los antirreumáticos de modificación de enfermedad, drogas de base de hierbas y combinaciones de las mismas. Los compuestos específicos pueden, desde luego, caer debajo de una categoría o más de la categorías generales descritas aquí. Por ejemplo, muchos compuestos funcionan como ambos un analgésico y un antiinflamatorio; las drogas a base de hierbas pueden ser funcionar como unas drogas antirreumáticas modificadas de enfermedad así como un antiinflamatorio. Además, los compuestos múltiples que pueden caer bajo una categoría única pueden ser incorporados en el dispositivo. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir analgésicos múltiples, tal como la acetaminofen con codeina, acetaminofen con hidrocodona (vicodina) , y otros.

Los ejemplos de los analgésicos y/o NSAIDs pueden ser incorporados en los dispositivos incluyen analgésicos disponibles sobre el anaquel (OCT) a dosis relativamente bajas incluyendo acetamida (acetaminofen o paracetamol) , ácido acetilsalicílico (aspirina) , ibuprofeno, quetoprofeno, naproxeno y naproxeno de sodio y similares. Los analgésicos de prescripcipon y/o los antiinflamatorios, pueden ser encontrados en el dispositivo pueden incluir sin limitación los analgésicos disponibles sobre el anaquel, los analgésicos a concentraciones requiriendo una prescripción, el celocoxib, el sulindac, oxaprosin, salsalato, piroxicam, indometacina, etodolac, meloxicam, nebumetona, cetoroloc, cetorolac trometamina, tolmetina, diclofenaco, diprocualona y diflunisal. Los analgésicos narcóticos pueden incluir codeina, hidrocodona, oxicodona, fenatalina y propoxifeno.

El dispositivo puede incluir uno o más compuestos antiinflamatorios esferoidales, primariamente glucocorticoides incluyendo, sin limitación, la cortisona, dexametasona, prednisolona, prednisona, hidrocortisona, tramsinolona, y metilprednisolona, betametasona, y aldosterona.

Las drogas antirreumáticas modificadoras de enfermedad pueden ser incluidas en el dispositivo y pueden abarcar ambas las drogas de molécula pequeña, los agentes biológicos. Las drogas antirreumáticas modificadoras de enfermedad pueden ser sintetizadas químicamente o pueden ser producidas a través de procesos de ingeniería genética (por ejemplo, técnicas de recombinación) .

Las drogas antirreumáticas modificadoras de enfermedad sintetizadas químicamente abarcadas aquí incluyen sin limitación, la azatioprina, la ciclosporina (ciclosporina, ciclosporina A) , D-penicilamina, las sales de oro (por ejemplo, auranofina, Na-aurotiomalato (Myocrism) , cloroquina, hidroxicloroquina, leflunomida, metotrexato, minociclina, sulfazalasina (sulfazalasina) y ciclofosfamida . Las drogas antirreumáticas modificadoras de enfermedad biológicas incluyen sin limitación, bloqueadores TNF-a tal como etanercept (EnbrelMarca Registtradaj , infliximab (RemicadeMarca Estrada } ^ adalimumab (HumiraMarca Re9istrada) , pego certolizamab (CimziaMarca Registrada) y golumumab (simponiHarca de CMercio) ; bloqueadores IL-1 tal como anakinra (KineretMarca Re3istrada) ; anticuerpos monoclonales en contra de las células Bincluyendo rituximab (RituxanMarca Re9istrada) ; bloquedores de coestimulación conjunta de células T tal como abatacept (OrenciaMarca Re9i3trada) ; y bloqueadores IL-6 tal como tocilii-;zuman (RoActemra,Msrc Reg¾istrada, Act.„e„mr„a,Marca Reg¾istrada\) ;. un inhibidor de calcineurina tal como tacrolimus ( ProfrafMarca Registrada \ El dispositivo puede incorporar una o más drogas a base de hierbas u otras drogas derivadas naturalmente. Por ejemplo, los compuestos Ayurvedic tal como el ácido boswélico (extracto de Boswellia serrata) y curcumina (curcuminoides de Cúrcuma longa) , asi como otros compuestos derivados naturalmente tal como sulfato de glucosamina (producido por hidrólisis de exoesqueletos de crustáceos o la fermentación de un grano) pueden ser incorporados en el dispositivo.

Los dispositivos pueden incorporar múltiples drogas RA. Por ejemplo, el dispositivo puede incluir una combinación de drogas antirreumáticas modificadoras de enfermedad en adición a la droga antiinflamatoria y/o analgésica. Las combinaciones comunes de drogas antirreumáticas modificadoras de enfermedad incluyen, por ejemplo, metotrexato en combinación con hidroxicloriquina, metotrexato en combinación con sulfasalazina, sulfasalazina en combinación con hidroxicloroquina y todos los tres de estas drogas antirreumáticas modificadoras de la enfermedad juntas, por ejemplo, hidroxicloroquina, metrotexato y sulfasalazina .

Los dispositivos pueden benéficamente incorporar compuestos de peso molecular grande y/o compuestos de peso molecular pequeño. Por ejemplo, en el pasado, la entrega transdérmica de terapéuticos de proteina ha probado ser problemático debido a las barreras naturales de la piel. Aún cuando no se desea el estar unido por alguna teoría en particular, la presencia de la monotopografía de una microaguja del dispositivo puede interactuar benéficamente con las células y la matriz extracelular de la barrera dérmica y puede mejorar la eficiencia de la entrega y de la toma de los terapéuticos de proteína. Por ejemplo, la presencia del dispositivo en o cerca del estrato granulosum puede abrir las juntas apretadas y permitir el transporte paracelular de los agentes de peso molecular alto. Como se utilizó aquí, el término agentes de peso molecular alto generalmente se refiere a agentes que definen un peso molecular mayor de 400 Da, mayor de alrededor de 10 kDa, mayor de alrededor de 20 kDa, o mayor de alrededor de 100 kDa) .

Aún cuando se considera la entrega de drogas de peso molecular más pequeña, el dispositivo puede proporcionar una eficiencia incrementada y una toma mejorada debido a la interacción del dispositivo para los componentes del tejido conector dérmico y la disminución acompañante de una respuesta de cuerpo extraña y la mejora en el potencial químico localizado del área. En adición, el dispositivo para entregar las drogas a una concentración estable sobre un periodo sostenido, lo cual puede ser benéfico. La siguiente descripción puede además ser entendida con referencia a los ejemplos que se proporcionan abajo.

Ejemplo 1 Fueron preparador varios moldes diferentes usando las técnicas de fotoliptografxa similares a aquellas empleadas en el diseño de fabricación de circuitos eléctricos. Los pasos del proceso individuales son generalmente conocidos en el arte y se han descrito.

Inicialmente, los sustratos de silicio fueron preparados mediante el limpiar con acertona, metanol, y alcohol de isopropilo, después se recubrieron con una capa de 258 nanómetros (nm) de dióxido de silicio de acuerdo a un proceso de depósito de vapor químico.

Un patrón fue entonces formado sobre cada sustrato a través de un proceso de formación de patrón de litografía de rayo electrónico, como se conoce en el arte usando un sistema JEOL JBX-9300FS EBL. Las condiciones de proceso fueron como sigue: Corriente de Radio = 11 nA Voltaje de Aceleración = 100 kV Inclinación de disparo = 14 nm Dosis = 260 µ?/?p?3 Resistencia = ZEP520A, -330 nanómetros de grosor Regulador = n-amil acetato Desarrollo = 2 min. Inmersión seguido por 30 segundos de enjuague de alcohol isopropilo.

El decapado de dióxido de silicio fue entonces llevado a cabo con el decapado de óxido avanzado STS (AOE) . El tiempo de decapado fue de 500 segundos utilizando 55 centímetros cúbicos estándar por minuto (sccm) He, 22 centímetros cúbicos estándar por minuto CF4, 20 centímetros cúbicos estándar por minuto CF4F8 a 4 m Torr, 400 W espiral, 200 W RIE y una presión DC de 404-411 V.

Después , un decapado de silicio fue llevado a cabo con el decapado de óxido de silicio STS (SOE) . EL tiempo de decapado fue de dos minutos utilizando 20 centímetros estándar por minuto Cl2 y 5 centímetros estándar Ar a 5 mTorr, 600 W espiral, 50 W RIE y presión DC de 96-102 V. La profundidad de decapado de silicio fue de 500 nanometros.

Un decapado de óxido amortiguado (BOE) fue usado para la remoción de óxido restante que incluyó una inmersión de decapante de óxido amortiguado de 3 minutos seguido por un enjuague de agua de-ionizada.

La nanoimpresora Obducat NIL-EitreMarca Rei?istrada6 fue usada para formar nanopatrones sobre una variedad de sustratos de polímero, el agua externa fue usada como enfriador, el módulo ultravioleta utilizó una lámpara pulsada única a una longitud de onda de entre 200 nanómetros y 1000 nanómetros a 1.8 W7centimetro cuadrado. Un filtro ultravioleta de 250-400 nanómetros fue usado. El área de exposición fue de 6 pulgadas con una temperatura máxima de 200 grados centígrados y 80 Bar. La nanoimpresora incluyó una unidad de separación casi automática y un desmoldador controlado automáticamente.

Para facilitar la liberación de las películas nanoimpresas desde los moldes, los moldes fueron tratados con Trideca- (1, 1, 2,2-tetrahidro) -octitriclorosilano (F13-TCS) . Para tratar un molde, el molde de silicio fue primero limpiado con un lavado de acetona, metanol y alcohol de isopropilo y se secó con una gas de nitrógeno. Un plato Petri fue colocado sobre una placa caliente en una atmósfera de nitrógeno y 1-5 mililitros de F13-TCS fueron agregados al plato Petri. Un molde de silicio fue colocado en el plato Petri y se cubrió por 10-15 minutos para permitir al vapor de F13-TCS al humedecer el molde de silicio antes de la remoción del molde.

Cinco polímeros diferentes como se dieron en la Tabla 2, abajo, fueron utilizados para formar varios diseños de nanotopografía .

Tabla 2 Varios patrones de nanotopografia diferentes fueron formados, las representaciones esquemáticas de los cuales están ilustradas en la Figura 25A hasta la Figura 25D. El patrón de nanotopografía ilustrado en la Figura 25E fue una superficie de un sustrato plano comprado de NTT Advanced Technology de Tokyo, Japón. Los patrones fueron designados DN1 (Figura 25A) . Las imágenes de microscopía de exploración electrónica de los moldes están mostradas en la Figura 25A, en la Figura B y en la Figura 25C. Las imágenes de las películas están mostradas en la Figura 25D y la Figura 25E. La Figura 8 ilustra una película de nanopatrón formada por el uso del molde de la Figura 25A (DN1) . En esta película particular, las características de polímero fueron jaladas por variación de temperatura como se discutió previamente. La aspereza de superficie del patrón de la Figura 25E se encontró como que es de 34 nanómetros.

El patrón ilustrado en la Figura 7C y en la Figura 7D también fue formado de acuerdo a este proceso de nanoimpresion. Este patrón incluyó los pilares 72 y los pilares 62, como se ilustró. Los pilares más grandes 72 fueron formados con un diámetro de 3.5 micrómetros (µ?t?) y alturas de 30 µ?? con un espaciamiento de centro a centro de 6.8 m. Los pilares 62 fueron de 500 nanómetros de altura y 200 nanómetros en diámetro y el espaciamiento de centro a centro de 250 nanómetros.

Las condiciones del proceso de nanoimpresión usadas con las películas de polipropileno se proporcionan abajo en la Tabla 3.

Tabla 3 Ejemplo 2 Las películas fueron formadas como se describió anteriormente en el Ejemplo 1 incluyendo varios patrones diferentes y se formaron de ya sea poliestireno (PS) o de polipropileno (PP) . El sustrato subyacente varió en grosor. Los patrones utilizados fueron DN2, DN3 o DN4, utilizando los procesos de formación como se describió en el Ejemplo 1. Los moldes de patrón fueron variados con respecto a la profundidad de orificio y características de espaciamiento para formar una variedad de características dimensionadas en forma diferente teniendo los patrones designados. La muestra número 8 (designada BB ! ) fue formada mediante el uso de un filtro de policarbonato de milipor de 0.6 µp? como un molde. Una película de polipropileno de 25 um fue colocado sobre la parte superior del filtro y esto fue entonces calentada para derretir de manera que el polipropileno pudiera fluir adentro de los poros del filtro. El molde fue entonces enfriado y el molde de policarbonato se disolvió mediante el uso de un solvente de cloruro de metileno.

Los SEM de las películas formadas están mostrados en las Figuras 26-34 y las características de las películas formadas están resumidas en la Tabla 4, abajo.

O (J1 Tabla 4 1 Características de patrón como se mostró en las figuras 2 Las dimensiones en sección transversal fueron derivados del molde y se igualaron como una aproximación de la dimensión máxima de la estructuram aún cunado debe entenderse que la dimensión real de cualquier estructura individual dada puede variar ligeramente como puede verse en las figuras. 3 Las alturas de característica son proporcionadas como el promedio de varias alturs de característica determinadas individualmente.

Para cada muestra la microscopía de fuerza atómica fue utilizada para caracterizar la película. Las caracterizaciones incluyeron la formación de micrografía de exploración electrónica (SEM) , la determinación de la aspereza de superficie, la determinación de la altura de característica medida máxima, y la determinación de la dimensión fractal.

La sonda de microscopía de fuerza atómica (AFM) fuer una serie de 16 sondas de silicio y voladiza disponible de (iMasch. El voladizo obtuvo una frecuencia resonante de 170 kHz, una constante de resorte de 40 N/m, una longitud de 230 ± 0.5 µ?t?, un ancho de 40 ± 3 |im, y un grosor de 7.0 ± 0.5 µ?t?. La punta de la sonda fue una sonda de silicio drogada con fósforo tipo-n , con un radio de punta de sonda típico de 10 nanómetros, un ángulo de cono de punta completo de 40°, a una altura de punta total de 20-25 um, y una resistividad de volumen de 0.01-0.05 ohm-centímetro .

El valor de aspereza de superficie dada en la Tabla 4 es la altura media aritmética del parámetro de aspereza de área de superficie como se definió en la serie ISO 25178.

La dimensión fractal fue calculada para los ángulos diferentes mediante el analizar el espectro de amplitud Fourier; para diferentes ángulos el perfil Fourier de amplitud fue extraído y el logaritmo de las coordenadas de frecuencia de amplitud se calculó. La dimensión fractal D, para cada dirección es entonces calculada como D = (6+s) 12 en donde s es la inclinación (negativa) de las curvas de log-log. La dimensión fractal reportada es el promedio para todas las direcciones.

La dimensión fractal también puede ser evaluada del espectro Fourier 2D mediante la aplicación de la función Log Log. Si la superficie es fractal la gráfica Log Log debe ser altamente lineal, con la inclinación negativa (por ejemplo, vea Superficies Fractal de John C. Russ, Springer-Verlag Nueva York, LLC, Julio, 2008).

Ejemplo 3 Las células epiteliales de piel humana HaCaT fueron cultivadas en DME , 10 por ciento FBS, 1 por ciento de penicilina /estreptomicina a 37 grados centígrados, 5 por ciento de C02 por 24 horas a una concentración de 25,000 células/centímetro cuadrado en 6 placas de pozo. Las placas ya sea tuvieron películas de nanopatrón de polipropileno formadas como se describe arriba en el Ejemplo 1 formadas de DN1, DN2 (Muestra 4 de la Tabla 4), DN3 o superficie no tratada en el fondo del pozo.

Las películas con nanopatrón fueron adheridas en el lugar con cianoacrilato .

Las células fueron desprendidas de la superficie con un mL por pozo por 10 minutos, se enfriaron con 1 mL de medio de cultivo (mismo que se indicó arriba) , y se transfirieron entonces a un tubo de microfuga y se peletizaron a 1200 revoluciones por minuto por 7 minutos.

El RNA fue aislado de las células de pelotilla usando el equipo de miniprep RNeasy de Qiagen usando el protocolo del fabricante. Brevemente, las células fueron lisadas, se mezclaron con el calor y se hilaron hacia debajo de la columna. Los lisados fueron entonces lavados tres veces, se trataron con DNase y se elutaron en 40 µ? volúmenes.

El cNDA fue creado del RNA aislado usando el equipo de Zep RT de SA Biosciences. Brevemente, el RNA fuer tratado con Dnase de nuevo a 42 grados centígrados por 5 minutos. Los imprimadores al azar y las enzimas de transcriptasa inversa fueron entonces agregadas y se incubaron a 42 grados centígrados por 15 minutos, después se incubaron a 95 grados centígrados por 5 minutos para detener la reacción.

El qPCR fue entonces llevado a cabo sobre las muestras de células cDNA usando el arreglo PCR a la medida del perfilador RT d de SA Biosciences con imprimadores para ILl-ß, IL6, IL8, IL10, IL1R, TNFa, TGFp-l, PDGFA, GAPDH, HDGC, RTC y PPC. Brevemente, el cDNA fue mezclado con SYBR verde y agua, y entonces se agregó a la placa PCR prefijada con el sentido correcto y el primer par imprimador antisentido para el gen de interés. Es entonces corrida sobre una máquina ABI StepOnePlus PCR calentada a 95 grados centígrados por 10 minutos, después cada 45 ciclos de: 15 segundos a 95 grados centígrados y un 1 minuto a 60 grados centígrados.

El análisis CT delta delta se llevó a cabo usando GAPDH como el control interno. Los niveles HDGC, RTC y PPC fueron usados como controles internos adicionales para la actividad y la contaminación ADN.

Las pruebas de una vía ANOVA y Tukey' s de dos puntos fueron entonces usadas para determinar el significado estadístico en las diferencias entre las superficies.

La Tabla 5 abajo presenta las expresiones de proteína obtenidas como el cambio de doblez en la expresión sobre las estructuras nanoimpresas producidas sobre películas de polipropileno en contra de la expresión sobre una película no estructurada .

Tabla 5 Ejemplo 4 Los métodos como se describieron en el Ejemplo 3 fueron utilizados para examinar el nivel de expresión para varias citoquinas diferentes de las células epiteliales de piel humana HaCaT cuando las células se dejaron desarrollar sobre una variedad de diferentes películas de polipropileno (PP) o de poliestireno (PS) , formados y puestos con patrón como se describió arriba. El nivel de expresión para cada citosina fue comparado a aquel del mismo tipo de célula cultivado sobre poliestireno de cultivo de tejido estándar (TCPS) e inducido con lipopolisacárido (LPS) : Los resultados están mostrados en la Tabla 6, abajo.

Las células desarrolladas sobre una película de polipropileno de nanopatrón con un patrón DN2 como se describió anteriormente (Muestra 4 de la Tabla 4), se encontraron que regula la expresión hacia arriba de IL-?ß, IL-lra, IL-10, y MIP- 1ß regula hacia abajo la expresión de IL-4, IL-13, MIG, KC, IL- 2, MIP-1, TNF-cc, IL-12, IL-16 y IL-?a como se comparo a TCPS.

Varias otras películas fueron examinadas para el efecto sobre la expresión celular de diferentes citosinas. Las películas fueron designadas como sigue: 1 - Patrón DN2 sobre una película de poliestireno de 75 um (Muestra 3 de la Tabla 4) 2 - Patrón DN3 sobre una película de poliestireno de 75 um (Muestra 1 de la Tabla 4) 3 - Patrón DN4 sobre una película de poliestireno.de 75 µp? (Muestra 6 de la Tabla 4) 4 - Película de poliestireno de 75 µ?? no impresa 5 - Patrón DN2 sobre una película de polipropileno de 25.4 m (Muestra 4 de la Tabla 4) 6 - Patrón DN4 sobre una película de polipropileno de 25.4 um (Muestra 7 de la Tabla 4) 7 - Patrón DN2 sobre una película de polipropileno de 5 um (Muestra 2 de la Tabla 4) 8 - Película de polipropileno BB1 (Muestra 8 de la Tabla 4) 9 - Película de poliestireno de 25.4 µ?a no impresa 10 - Película de poliestireno de 5 m no impresa Los resultados están ilustrados en la Tabla 6 dada abajo. Los resultados se proporcionan como sigue: — el nivel de expresión estuvo abajo del umbral de prueba - el nivel de expresión fue más bajo que aquel para TCPS = el nivel de expresión fue similar a aquel para TCPS + el nivel de expresión estuvo arriba que aquél para TCPS, pero bajo y entonces inducido con LPS ++ el nivel de expresión fue similar a aquel para la inducción con LPS +++ el nivel de expresión estuvo arriba de aquél para la inducción con LPS Tabla 6 Ejemplo 5 Las células epiteliales de piel humana HaCaT fueron cultivadas en D EM, 10 por ciento de FBS, 1 por ciento de penicilina/estreptomicina a 37 grados centígrados, 5 por ciento de CO2 por 24 horas a una concentración de 25,000 células/centímetro cuadrado en 6 placas de pozo. Las placas tuvieron ya sea una película de polipropileno formada como se describió arriba en el Ejemplo 1 con la designación de DN1, DN2 (Muestra 4 de la Tabla 4), DN3 o una superficie no tratada en el fondo del pozo. Las películas fueron adheridas en un lugar con cianoacrilato .

Los medios fueron recolectados de cada pozo y se analizaron para la producción de citosina con un estuche Milliplex Map Kit de Millipore. Las perlas para detectar IL-?ß, IL-lra, IL-6, IL-8, IL-10, PDGF-AA, PGGF-AB/BB y TNF-a fueron usadas. Las lecturas se hicieron sobre una máquina BioRad BioPlex. Brevemente, los medios fueron colocados en los pozos de microplaca con filtros. Las perlas primarias fueron agregadas y se incubaron a la temperatura ambiente por una hora con agitación. Las placas fueron entonces lavadas y se incubaron con anticuerpos de detección por 30 minutos a la temperatura ambiente con agitación. La estrepavidina-ficoertirina fue entonces agregada y se incubó a la temperatura ambiente por 30 minutos adicionales. Las placas fueron entonces lavadas, las perlas fueron resuspendidas en un amortiguador de ensayo y la intensidad de fluorescente media fue analizada sobre el BioPlex.

Ejemplo 6 Los efectos de permeabilidad de las películas con patrón como se describió aquí fueron determinados sobre una monocapa de células Caco-2 (células adenocarcinoma colorrectal epiteliales humano) .

Las películas formadas como se describió anteriormente arriba en el Ejemplo 1 y en el Ejemplo 2 fueron utilizadas incluyendo películas de polipropileno (PP) o poliestireno (PS) formadas con patrones designados como DN2, DN3, y DN4. Una cuarta película, designada como BBl (descrita en el Ejemplo 2 dado arriba) fue también usada. El protocolo fue corrido con ejemplos múltiples de cada tipo de película.

El protocolo general seguido para cada película fue como sigue: Materiales Insertos de cultivo de célula de 0.4 um de tamaño adecuado membrana HDPET (BD Falcon) Placa de 24 pozos (BD Falcon) Medios Caco-2 Membranas nanoestructuradas como se describió arriba IgG-FITC (Sigma Aldrich) BSA-FITC (Sigma Aldrich) Medio esencial mínimo sin rojo fenol (Invitrogen) Roído de Volt TEER PBS calentado Placa de 96-pozos negra Hoja de aluminio Protocolo 1. Las células de semilla Caco-2 sobre insertos de pozo recubiertos de colágeno 2 semanas antes del ensayo de permeabilidad cuando va a llevarse a cabo. Las placas recubiertas de colágeno son hechas mediante el fabricar un 1:1 volumen de 100 por ciento etanol para colágeno. Las superficies secas en cubierta estéril durante la noche hasta que se secaron. 2. Hacer 0.1 mg/mL de solución de molécula conjugada FITC (BSA, igG, etc.) en un medio alfa MEM libre rojo fenol. En volver en hoja de aluminio para protegerlo de la luz. 3. Verificar para la confluencia de células Caco-2 mediante el medir la resistencia. La resistencia debe ser arriba de ~600 Ohms para confluencia. 4. Aspirar el medio viejo de los insertos de cultivo de célula sobre lados basolateral y apical. Enjuagar con PBS para remover cualquier tinte rojo fenol residual. 5. Agregar 0.5 mL de solución conjugada de FITC sobre el lado apical de cada inserto. 6. En otra placa de 24 pozos con insertos de cultivo de célula, agregar 0.5 mL de PBS entibiado. 7. Transferir los insertos a la placa con PBS.

Manchar el fondo del inserto sobre un limpiador Kim para remover el rojo fenol residual. 8. t=0- punto de tiempo: muestra de 75µL del lado basolateral del inserto y transferir a placa de 96 pozos de fondo negro. Reemplazar el volumen con 75µL de PBS calentado. Registrar la resistencia de cada pozo usando los electrodos de "palo de comer" . 9. Cuidadosamente agregar la membrana al pozo etiquetado apropiadamente. Los controles son las membranas no impresas y las células solas. Verificar debajo del microscopio que las membranas hacen contacto directo con las células. Usted debe ser capaz de ver un circulo definido, indicando el contacto con las células. 10. t=0 punto de tiempo: repetir paso 7 y entonces colocar en la incubadora por una hora. 11. t=l punto de tiempo: repetir paso 7 y entonces colocar en la incubadora por una hora. 12. t=2 punto de tiempo: repetir paso 7. 13. Medir señal de fluorescencia usando un lector de placa de espectro fluorómetro.

FITC (excitación= 90 nanómetros, emisión=520 nanómetros) .

Resultados Las películas utilizadas y los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 7, abajo.

Tabla 7 Los módulos fueron determinados de acuerdo a los métodos estándar como son conocidos en el arte como se describe por Schubert y otros. Adhesión inducida por deslizamiento de arreglos de microfibra de polímero rígido: 2. Comportamiento de microescala, Diario de la Sociedad Real, Interfase, enero 22, 2008. 10.1098/rsif .2007.1309) Los ángulos de contacto fueron medidos mediante el colocar la gota de agua sobre la superficie de acuerdo a la práctica estándar. (Vea, por ejemplo, Woodward, los Primeros Diez Angstroms. Portsmouth, de Virginia, Estados Unidos de América).

La Figura 35 ilustra gráficamente los efectos sobre la permeabilidad para alumina de suero bovino (BSA) en una monocapa de células de película de poliestireno formadas con nanopatrones como se describió aquí. Los patrones de película incluyeron un patrón DN2 (muestra número 3), un patrón DN3 (muestra número 5) , y un patrón DN4 (muestra número 6) , como se indicó. También están mostrados los resultados para una película PS sin patrón (marcada PSUI sobre la Figura 35) y una capa de células sin una película adyacente (marcada "células" sobre la Figura 35). Los resultados están ilustrados como un aumento de doblez en permeabilidad como una función de tiempo en horas.

La Figura 36A y la Figura 36B gráficamente ilustra los efectos sobre la permeabilidad para la inmunoglobulina-G ( IgG) en una monocapa de células sobre películas de poliestireno formadas en patrón con nanopatrones como se describió aquí. Los patrones de película incluyeron el patrón DN2 (muestra número 3, un patrón DN3 (muestra número 5), y un patrón DN4 (muestra número 6) como se indicó. También están mostrados los resultados para una película sin patrón (marcada PSUI sobre la Figura 36A y la Figura 36B) y una capa de células sin una película adyacente (marcada "células" sobre la Figura 36A y la Figura 36B) . Las dos figuras muestran los datos sobre dos escalas de tiempo diferentes .

La señal de albúmina de suero bovino fue leído sobre un fluorómetro y la señal IgG fue leída sobre un espectrofotómetro .

Las Figuras 37A y la Figura 37B son imágenes de manchado de fluoresceína vivas/ muertas 3D mostrando el transporte paracelular y transcelular de IgG a través de una monocapa de célula sobre una superficie con patrón DN4 de poliestireno (muestra número 6) .

La Figura 38 ilustra gráficamente los efectos sobre la permeabilidad a la albúmina de suero bovino en una monocapa de células sobre películas de polipropileno formadas con patrón con nanopatrones como se describió aquí. Los patrones incluyen BB1 (muestra número 8), DN2 (muestra número 4) y DN4 (muestra número 7) como se indicó. También están mostrados los resultados para la película sin patrón (marcada PPUI sobre la Figura 38) y una capa de células siendo una película adyacente (marcada "células" sobre la Figura 38 ) .

La Figura 39 ilustra gráficamente los efectos sobre la permeabilidad de IgG en una monocapa de células sobre películas de polipropileno formadas con patrón con nanopatrones como se describió aquí. Los patrones incluyeron BB1 (muestra número 8), DN2 (muestra número 4), y DN4 8muestra número 7) como se indicó. También están mostrados los resultados para una película sin patrón (marcada PSUI en la Figura 39) y una capa de células sin una película adyacente (marcada "células" sobre la Figura 39) .

Las Figuras 40A y 40B son imágenes de manchado de fluoresceína de 3D vivas/muertas mostrando el transporte paracelular de IgG a través de una monocapa de células sobre una superficie con patrón DN2 de polipropileno (muestra número 4).

Las Figuras 41A-41F son imágenes de microscopía de exploración electrónica (SEM) de células Caco-2 cultivadas sobre superficies con nanopatrón. Específicamente, la Figura 41A y la Figura 41B ilustran las células Caco-2 sobre una película de control de poliestireno plana. La Figura 41 C y la Figura 41D ilustran células Caco-2 sobre una película de poliestireno con un patrón DN2 (muestra número 3) como se describió arriba y la Figura 41E y la Figura 41F ilustran las células Caco-2 sobre una película de poliestireno formada con patrón con un patrón DN3 (muestra número 5) como se describió anteriormente.

Ejemplo 7 Un método como se describió en el Ejemplo 6 fue utilizado para examinar la permeabilidad de una monocapa de células Caco-2 a el etanercept terapéutico de proteína de fusión (marcado bajo el nombre de comercio como EnbrelMarca Registrada) . La Figura 42 gráficamente ilustra los resultados para las capas de células cultivadas sobre varios sustratos con patrones diferentes incluyendo ambos polipropileno (DN2 PP - Muestra 4 de la Tabla 4) y poliestireno (DN2 PS-Muestra 3 de la Tabla 4 y DN3 PS - Muestra 1 de la Tabla 4), asi como una membrana de poliestireno no impresa (PSUI) y una capa de células sin membrana (células) . Los resultados están mostrados como un cambio de doblez de permeabilidad inicial con el tiempo. La Figura 43 ilustra el aumento de doblez y permeabilidad desde el inicial t=0 a dos horas (t=2) después de la adición de la membrana al pozo para los estratos y la capa celular de la Figura 42.

Ejemplo 8 Fue formado un arreglo de microagujas incluyendo una superficie con nanopatrón. Inicialmente, un arreglo con microagujas como se ilustró en la Figura 2 fue formado sobre una oblea de silicio a través de un proceso de fotolitografía. Cada aguja incluyó dos canales laterales colocados opuestamente, alineados con un orificio de matriz de una vía en la base de la aguja (no visible en la Figura 2).

Las microagujas fueron formadas de acuerdo al proceso de micromaquinado típico sobre una oblea a base de silicio. Las obleas fueron formadas en capas con capas resist y/o seguido por el decapado selectivo (decapado de óxido, decapado DRIE, decapado Iso) , revestimiento de resist , revestimiento de óxido y técnicas de litografía (por ejemplo, litografía Iso, litografía de orificio, litografía de ranura) de acuerdo a los métodos estándar para formar el arreglo de agujas.

Después de la formación del arreglo de microagujas, una película de polipropileno de 5µp? incluyendo un patrón DN2 formado sobre la misma, como se describió arriba en el Ejemplo 1, cuyas características se describen en la muestra 2 en la Tabla 4, fue colocada sobre el arreglo de microagujas. La estructura de oblea/película fue mantenida sobre una caja de vacío conectada (3 pulgadas vacío H20) a temperatura elevada (130 grados centígrados) por un periodo de una hora para jalar suavemente la película sobre la superficie de las microagujas mientras que se mantuvo la superficie con nanopatrón de la película.

La Figura 44 ilustra la película sobre la parte superior del arreglo de microagujas, y la Figura 45 es una vista más cercana de una aguja única del arreglo incluyendo la película con nanopatrón yaciendo sobre la parte superior de la aguja.

Ejemplo 9 Los parches transdérmicos incluyendo arreglos de microagujas formados como se describieron en el Ejemplo 6 fueron formados. Los parches fueron formados con ya sea un patrón DN2 o un patrón DN3 sobre el arreglo de microagujas. Las películas que definen los patrones que fueron aplicados a las microagujas están descritos en la Tabla 8 dada abajo. La película 1 es equivalente a la muestra de la Tabla 4 y la película 2 es equivalente a la muestra número 9 de la Tabla .

Tabla 8 Los parches de control fueron también formados los cuales no tuvieron un patrón formado sobre la película y se aplicaron subsecuentemente al arreglo de microagujas. Las formulaciones transdérmicas y subcutánea de etanercept (EnbrelMarca Re9istrada) fueron preparadas de acuerdo a las instrucciones del proveedor de droga. La formulación de droga subcutánea (para el control positivo) fue preparada para facilitar una dosis de droga subcutánea de 4mg/kg. La concentración de EnbrelMarca Re9istrada para la entrega transdérmica fue ajustada de manera que una dosificación intentada de 200 mg/kg fue lograda en un periodo de 24 horas.

Un total de 10 ratones BALB/C (designaciones asignadas número 1 - 10) fueron usados en el estudio, ocho fueron dosificadas transdérmicamente con EnbrelMarca Re9istrada (Grupo 1) y dos son dosificados subcutáneamente con EnbrelMarca Re9istrada (Grupo 2) como se describió en la Tabla 9 dada abajo. Los parches transdérmicos fueron aplicados a las áreas de piel rasuradas y los orificios formados cerca de las puntas de microaguja o la aplicación del parche a la piel.

Tabla 9 Los parches transdérmicos usados incluyeron ambos aquellos definiendo una nanotopografia sobre la superficie (patrones DN2 y DN3 como se describió anteriormente arriba) , asi como parches sin un patrón de nanotopografia .

Las muestras de sangre completa fueron recolectadas en los puntos de tiempo indicados en la Tabla 8. Aproximadamente 100 a 200 µ? de sangre fueron tomados a través de sangrado mandibular y después se centrifugaron aproximadamente a 1300 revoluciones por minuto por 10 minutos en un centrifugo refrigerado (puesto a 4 grados centígrados) . El serum resultante fue aspirado y transferido dentro de 30 minutos de la colección/centrifugación de sangre a los tubos etiquetados apropiadamente. Los tubos fueron congelados y almacenados en la oscuridad a =70 grados centígrados hasta que estos fueron analizados respecto de los niveles de EnbrelMarca Re<?istrada usando el equipo ELISA receptor-TNF humano (Sistemas R&D catálogo número DRT200) . El tiempo de espacio entre las dos muestras de sangre sobre el mismo sujeto fue de 24 horas, para evitar un estrés no necesario colocado sobre el sujeto.

La Figura 46 ilustra gráficamente el perfil PK promedio de los parches transdérmicos que definió una nanotopografia sobre los mismos. Un promedio de resultados para todos los parches incluyendo la nanotopografia fueron usados para representar el efecto global de la incorporación de una nanotopografia en conjunción con un parche transdérmico de microaguja. Como puede verse, el nivel de suero de sangre se elevó rápidamente sobre 800 ng/mL/centimetro cuadrado del área de parche dentro de las dos primeras horas de sujeción. Después, el nivel de suero de sangre fue gradualmente declinado al significante dentro de 24 horas de sujeción. Los datos usados para desarrollar la Figura 46 se proporcionan abajo en la Tabla 10. Tabla 10 Las Figuras 47 y 47 ilustran las vistas en sección transversal de microscopía electrónica de la piel que fue mantenido en contacto con los parches. Las imágenes fueron tomadas después de que los parches fueron removidos (72 horas después de la sujeción) . La muestra de la Figura 47 estuvo en contacto con un parche incluyendo una nanotopografía sobre la superficie. Específicamente, un patrón DN2, como se describió arriba, puede ser formado sobre la superficie del parche. La muestra de la Figura 47B fue mantenida en contacto con el parche transdérmico que no define un patrón de nanotopografía sobre la superficie. Como puede verse, la muestra de la Figura 47B muestra signos de inflamación y una densidad alta de presencia de macrófago .

Ejemplo 10 Los parches transdérmicos incluyendo los arreglos de microagujas formados como se describió en el Ejemplo 8 fueron formados. Los parches fueron formados con ya sea un patrón DN2 o un patrón DN3 sobre el arreglo de microagujas como se describió en la Tabla 8 del Ejemplo 9. Los parches de control también fueron formados los cuales no tuvieron formado un patrón sobre la película subsecuentemente aplicada al arreglo de microagujas. Las formulaciones transdérmica y subcutánea de etanercept (EnebrelMarca Re9istrada) fueron preparados de acuerdo a las instrucciones del proveedor de droga.

Los sujetos de prueba (conejos) fueron dosificados transdérmicamente con EnebrelMarca Re9istrada 0 fueron subcutáneamente dosificados (SubQ) con EnebrelMarca Re9istrada. Los resultados están ilustrados gráficamente en la Figura 48, los cuales proporcionan la concentración de suero de sangre en pg/como una función de suero de sangre en pg/ml como una función de tiempo. Los datos usados para desarrollar la Figura 48 se proporcionan abajo en la Tabla 11.

Tabla 11 Aún cunado la materia se ha descrito en detalle con respecto a las incorporaciones especificas de la misma, se apreciará por aquellos expertos en el arte, al lograr un entendimiento de lo anterior, que pueden concebirse fácilmente alteraciones de estas incorporaciones, variaciones de las mismas y equivalentes de estas incorporaciones. Por tanto, el alcance de la presente descripción debe ser evaluada como aquél de las reivindicaciones anexas y cualesquier equivalentes de las mismas.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Un dispositivo medico que comprende un arreglo de microaguj as que se extiende hacia fuera desde un soporte, en donde por lo menos una de las microagujas comprende una pluralidad de nanoestructuras formadas sobre una superficie de las mismas, las nanoestructuras estando arregladas en un patrón predeterminado .

2. El dispositivo médico tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizado porque las nanoestructuras están en la forma de pilares.

3. El dispositivo médico tal y como se reivindica en la cláusula Io en la cláusula 2, caracterizado porque por lo menos una parte de las nanoestructuras tienen una dimensión en sección transversal de alrededor de 500 nanómetros, y de más de alrededor de 5 nanómetros, o tienen una dimensión en sección transversal de menos de alrededor de 300 nanómetros, y mayor de alrededor de 100 nanómetros, o tienen aproximadamente la misma dimensión en sección transversal.

4. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque el patrón además incluye las microestructuras , en donde las nanoestructuras tienen una dimensión en sección transversal más pequeña que las microestructuras, por ejemplo, las microestructuras tienen una dimensión en sección transversal de más de alrededor de 500 nanómetros.

5. El dispositivo médico tal y como se reivindica en la cláusula 4, caracterizado además porque comprende las segundas nanoestructuras teniendo una dimensión en sección transversal menor que la dimensión en sección transversal de las microestructuras y mayor que la dimensión transversal de las primeras nanoestructuras.

6. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque por lo menos una parte de las nanoestructuras tienen un espaciamiento de centro a centro de desde alrededor de 50 nanómetros a alrededor de 1 micrómetro.

7. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque la proporción de la dimensión en sección transversal de dos nanoestructuras adyacentes a el espaciamiento de centro a centro entre aquellas dos estructuras de entre alrededor de 1:1 y alrededor de 1:4.

8. El dispositivo médico tal y como se reivindica en ' una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque por lo menos una parte de las nanoestructuras tienen un espaciamiento equidistante.

9. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque por lo menos una parte de las nanoestructuras tienen una altura de desde alrededor de 10 nanómetros a alrededor de 20 micrómetros, o de desde alrededor de 100 nanómetros a alrededor de 700 nanómetros.

10. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque por lo menos inaparte de las nanoestructuras tienen una proporción de aspecto de desde alrededor de 0.15 a alrededor de 30, o de desde alrededor de 0.2 a alrededor de 5.

11. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusula ; precedentes, caracterizado porque el patrón tiene una dimensión fractal de más de alrededor de 1, por ejemplo de desde alrededor de 1.5 a alrededor de 2.5.

12. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque la superficie de microagujas conteniendo una pluralidad de nanoestructuras tiene una o más de las siguientes características: una aspereza de superficie promedio de entre alrededor de 10 nanómetros y alrededor de 200 nanómetros, un módulo de compresión efectivo de entre alrededor de 4 Mega Pascales y alrededor de 320 Mega Pascales, un módulo de corte efectivo de entre alrededor de 0.2 Mega Pascales a alrededor de 50 Mega Pascales, y un ángulo de contacto de agua de entre alrededor de 80 grados y alrededor de 150 grados.

13. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque comprende además un depósito para contener un compuesto de droga, por ejemplo un compuesto de droga teniendo un peso molecular de más de alrededor de 100 kDa .

14. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque el compuesto de droga es una proteina terapéutica, por ejemplo un bloqueador TNF-a.

15. El dispositivo médico tal y como se reivindica en una cualquiera de las cláusulas precedentes, caracterizado porque por lo menos una de las microagujas contiene un canal para la entrega del compuesto de droga.

16. Un método para entregar un compuesto de droga a una ubicación subdérmica, el método comprende: penetrar el estrato con una microaguja que está en comunicación de fluido con el compuesto de droga, la microaguja contiene una pluralidad de nanoestructuras formadas sobre una superficie de la misma y arregladas en un patrón; y transportar el compuesto de droga a través de la microaguja y a través del estrato córneo.

17. El método tal y como se reivindica en la cláusula 16, caracterizado además porque comprende el entrar en contacto con una proteina de matriz extracelular, una proteina de membrana de plasma tal como una proteina de adhesión focal, un receptor mediando endocitosis, o una proteina de transmembrana, o una combinación de los mismos con las nanoestructuras.

18. El método tal y como se reivindica en la cláusula 16 o en la cláusula 17, caracterizado porque las nanoestructuras cambian una o más de la conductividad de membrana de la célula, o la estructura de una junta intracelular, tal como una junta apretada .

19. El método tal y como se reivindica en cualquiera de las cláusulas 16-18, caracterizado porque el compuesto de droga es entregado al citoplasma de una célula o a la cubierta nuclear de una célula.

20. Un método para formar un dispositivo médico que comprende el fabricar un patrón de nanoestructuras sobre una superficie de una microaguja.

21. El método tal y como se reivindica en la cláusula 20, caracterizado porque el patrón de nanoestructuras son fabricados de acuerdo a una técnica seleccionadas del grupo que consiste de fotolitografía, litografía de radio-e, litografía de radio-X, técnicas de auto-ensamble, decapado de ión reactivo, decapado húmedo, deposición de película, escupido, depósito de vapor químico, epitaxia, electrorecubrimiento, litografía nanoimpresión, y combinaciones de los mismos. R E S U M E Están descritos los dispositivos y métodos a base de nanotopografía para interactuar con un componente de un tejido conector dérmico. Los dispositivos incluyen estructuras fabricadas sobre una superficie para formar una nanotopografia . Un patrón al azar o no al azar de las estructuras puede ser fabricado tal como un patrón complejo incluyendo estructuras de diferentes tamaños y/o de diferentes formas. Las microagujas pueden ser benéficamente utilizadas para la entrega de un agente a una célula o tejido. Los dispositivos pueden ser utilizados para alterar directamente o indirectamente el comportamiento de célula a través de la interacción de una nanotopografia fabricada con la membrana de plasma de una célula y/o con un componente de matriz extracelular .