RU2816629C2 - Microneedle matrices with undercut elements for dermal and non-dermal drug delivery - Google Patents
Microneedle matrices with undercut elements for dermal and non-dermal drug delivery Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816629C2 RU2816629C2 RU2021137154A RU2021137154A RU2816629C2 RU 2816629 C2 RU2816629 C2 RU 2816629C2 RU 2021137154 A RU2021137154 A RU 2021137154A RU 2021137154 A RU2021137154 A RU 2021137154A RU 2816629 C2 RU2816629 C2 RU 2816629C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microneedle
- injection mold
- microneedles
- production injection
- mna
- Prior art date
Links
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 title claims description 20
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 title description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 130
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 111
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 111
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 93
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 claims description 40
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 34
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 34
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 34
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 34
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 25
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 25
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 25
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 claims description 23
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 18
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 14
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 14
- HDTRYLNUVZCQOY-UHFFFAOYSA-N α-D-glucopyranosyl-α-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OC1C(O)C(O)C(O)C(CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- HDTRYLNUVZCQOY-WSWWMNSNSA-N Trehalose Natural products O[C@@H]1[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-WSWWMNSNSA-N 0.000 claims description 12
- HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N alpha,alpha-trehalose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@H]1O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 HDTRYLNUVZCQOY-LIZSDCNHSA-N 0.000 claims description 12
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 9
- 239000002198 insoluble material Substances 0.000 claims description 9
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 7
- -1 silk Polymers 0.000 claims description 7
- 229920002774 Maltodextrin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000005913 Maltodextrin Substances 0.000 claims description 6
- 229940035034 maltodextrin Drugs 0.000 claims description 6
- 239000004055 small Interfering RNA Substances 0.000 claims description 6
- KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N (2S,3S,4S,5R,6R)-6-[(2S,3R,4R,5S,6R)-3-Acetamido-2-[(2S,3S,4R,5R,6R)-6-[(2R,3R,4R,5S,6R)-3-acetamido-2,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-2-carboxy-4,5-dihydroxyoxan-3-yl]oxy-5-hydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-4-yl]oxy-3,4,5-trihydroxyoxane-2-carboxylic acid Chemical compound CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O3)C(O)=O)O)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)NC(C)=O)[C@@H](C(O)=O)O1 KIUKXJAPPMFGSW-DNGZLQJQSA-N 0.000 claims description 5
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 5
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 5
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 5
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 5
- 229920002674 hyaluronan Polymers 0.000 claims description 5
- 229960003160 hyaluronic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 5
- 229940035676 analgesics Drugs 0.000 claims description 4
- 229940035674 anesthetics Drugs 0.000 claims description 4
- 239000000730 antalgic agent Substances 0.000 claims description 4
- 239000002260 anti-inflammatory agent Substances 0.000 claims description 4
- 229940121363 anti-inflammatory agent Drugs 0.000 claims description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003193 general anesthetic agent Substances 0.000 claims description 4
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 4
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims description 3
- 241000702421 Dependoparvovirus Species 0.000 claims description 3
- 241000701148 Equine adenovirus Species 0.000 claims description 3
- 229940121710 HMGCoA reductase inhibitor Drugs 0.000 claims description 3
- 241000713666 Lentivirus Species 0.000 claims description 3
- 108091027967 Small hairpin RNA Proteins 0.000 claims description 3
- 108020004459 Small interfering RNA Proteins 0.000 claims description 3
- 241000700618 Vaccinia virus Species 0.000 claims description 3
- 239000013566 allergen Substances 0.000 claims description 3
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000739 antihistaminic agent Substances 0.000 claims description 3
- 229940125715 antihistaminic agent Drugs 0.000 claims description 3
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 claims description 3
- 210000001808 exosome Anatomy 0.000 claims description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 3
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 claims description 3
- 239000002471 hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase inhibitor Substances 0.000 claims description 3
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 3
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 3
- 229940126586 small molecule drug Drugs 0.000 claims description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 3
- 239000013603 viral vector Substances 0.000 claims description 3
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 claims description 3
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 claims description 3
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 claims description 3
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims 2
- XBBVURRQGJPTHH-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyacetic acid;2-hydroxypropanoic acid Chemical compound OCC(O)=O.CC(O)C(O)=O XBBVURRQGJPTHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 241000700584 Simplexvirus Species 0.000 claims 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Substances [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 32
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 60
- 108010058846 Ovalbumin Proteins 0.000 description 55
- 229940092253 ovalbumin Drugs 0.000 description 55
- 229940115272 polyinosinic:polycytidylic acid Drugs 0.000 description 37
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 28
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 26
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 26
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 24
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 24
- 238000002255 vaccination Methods 0.000 description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 18
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 18
- 238000002649 immunization Methods 0.000 description 16
- 230000003053 immunization Effects 0.000 description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 238000001053 micromoulding Methods 0.000 description 13
- IGAZHQIYONOHQN-UHFFFAOYSA-N Alexa Fluor 555 Chemical compound C=12C=CC(=N)C(S(O)(=O)=O)=C2OC2=C(S(O)(=O)=O)C(N)=CC=C2C=1C1=CC=C(C(O)=O)C=C1C(O)=O IGAZHQIYONOHQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 12
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 12
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 12
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 12
- 239000004191 allura red AC Substances 0.000 description 11
- 235000012741 allura red AC Nutrition 0.000 description 11
- CEZCCHQBSQPRMU-UHFFFAOYSA-L chembl174821 Chemical compound [Na+].[Na+].COC1=CC(S([O-])(=O)=O)=C(C)C=C1N=NC1=C(O)C=CC2=CC(S([O-])(=O)=O)=CC=C12 CEZCCHQBSQPRMU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 11
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 11
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 101150067597 treh gene Proteins 0.000 description 10
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 9
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 8
- VDABVNMGKGUPEY-UHFFFAOYSA-N 6-carboxyfluorescein succinimidyl ester Chemical compound C=1C(O)=CC=C2C=1OC1=CC(O)=CC=C1C2(C1=C2)OC(=O)C1=CC=C2C(=O)ON1C(=O)CCC1=O VDABVNMGKGUPEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 8
- 210000001151 cytotoxic T lymphocyte Anatomy 0.000 description 8
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 7
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 description 7
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 description 7
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 7
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 6
- AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N Doxorubicin Chemical compound O([C@H]1C[C@@](O)(CC=2C(O)=C3C(=O)C=4C=CC=C(C=4C(=O)C3=C(O)C=21)OC)C(=O)CO)[C@H]1C[C@H](N)[C@H](O)[C@H](C)O1 AOJJSUZBOXZQNB-TZSSRYMLSA-N 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 210000000612 antigen-presenting cell Anatomy 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 6
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 6
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 6
- 210000000434 stratum corneum Anatomy 0.000 description 6
- MPLHNVLQVRSVEE-UHFFFAOYSA-N texas red Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC(S(Cl)(=O)=O)=CC=C1C(C1=CC=2CCCN3CCCC(C=23)=C1O1)=C2C1=C(CCC1)C3=[N+]1CCCC3=C2 MPLHNVLQVRSVEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 5
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 5
- 230000028996 humoral immune response Effects 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 4
- 238000000339 bright-field microscopy Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000007918 intramuscular administration Methods 0.000 description 4
- 238000010255 intramuscular injection Methods 0.000 description 4
- 239000007927 intramuscular injection Substances 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 4',6-Diamino-2-phenylindol Chemical compound C1=CC(C(=N)N)=CC=C1C1=CC2=CC=C(C(N)=N)C=C2N1 FWBHETKCLVMNFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 210000004207 dermis Anatomy 0.000 description 3
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 3
- 239000002552 dosage form Substances 0.000 description 3
- 229960004679 doxorubicin Drugs 0.000 description 3
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 3
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 3
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 3
- 210000004988 splenocyte Anatomy 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- JVJGCCBAOOWGEO-RUTPOYCXSA-N (2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-4-amino-2-[[(2s,3s)-2-[[(2s,3s)-2-[[(2s)-2-azaniumyl-3-hydroxypropanoyl]amino]-3-methylpentanoyl]amino]-3-methylpentanoyl]amino]-4-oxobutanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-carboxylatobutanoyl]amino]-6-azaniumy Chemical compound OC[C@H](N)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(O)=O)CC1=CC=CC=C1 JVJGCCBAOOWGEO-RUTPOYCXSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 210000001744 T-lymphocyte Anatomy 0.000 description 2
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 2
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 229940041181 antineoplastic drug Drugs 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 2
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 description 2
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 2
- 230000001472 cytotoxic effect Effects 0.000 description 2
- 230000036576 dermal application Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000028993 immune response Effects 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 230000005847 immunogenicity Effects 0.000 description 2
- 238000011503 in vivo imaging Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000021633 leukocyte mediated immunity Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229920001606 poly(lactic acid-co-glycolic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N propylene glycol methyl ether acetate Chemical compound COCC(C)OC(C)=O LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 210000000952 spleen Anatomy 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 229920003169 water-soluble polymer Polymers 0.000 description 2
- OUOAFMZIPXCUBR-UHFFFAOYSA-N 4-(4-amino-3,4-dimethylcyclohexa-2,5-dien-1-ylidene)-1,2-dimethylcyclohexa-2,5-dien-1-amine Chemical compound C1=CC(N)(C)C(C)=CC1=C1C=C(C)C(C)(N)C=C1 OUOAFMZIPXCUBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000011746 C57BL/6J (JAX™ mouse strain) Methods 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 206010073753 Fear of injection Diseases 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 101000883515 Homo sapiens Chitinase-3-like protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 229930040373 Paraformaldehyde Natural products 0.000 description 1
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 1
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000024932 T cell mediated immunity Effects 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 1
- 230000007815 allergy Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000001088 anti-asthma Effects 0.000 description 1
- 230000003178 anti-diabetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003110 anti-inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000924 antiasthmatic agent Substances 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000005875 antibody response Effects 0.000 description 1
- 239000000935 antidepressant agent Substances 0.000 description 1
- 229940005513 antidepressants Drugs 0.000 description 1
- 239000003429 antifungal agent Substances 0.000 description 1
- 229940121375 antifungal agent Drugs 0.000 description 1
- 230000000890 antigenic effect Effects 0.000 description 1
- 229940030600 antihypertensive agent Drugs 0.000 description 1
- 239000002220 antihypertensive agent Substances 0.000 description 1
- 229940034982 antineoplastic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000002249 anxiolytic agent Substances 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 1
- 229920000249 biocompatible polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002619 cancer immunotherapy Methods 0.000 description 1
- 239000011545 carbonate/bicarbonate buffer Substances 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000012754 cardiac puncture Methods 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000002648 combination therapy Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000002316 cosmetic surgery Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001461 cytolytic effect Effects 0.000 description 1
- 229940127089 cytotoxic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000002716 delivery method Methods 0.000 description 1
- 210000004443 dendritic cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000013583 drug formulation Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001317 epifluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000013230 female C57BL/6J mice Methods 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000005003 heart tissue Anatomy 0.000 description 1
- 102000054350 human CHI3L1 Human genes 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 210000002865 immune cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000002955 immunomodulating agent Substances 0.000 description 1
- 229940121354 immunomodulator Drugs 0.000 description 1
- 229960001438 immunostimulant agent Drugs 0.000 description 1
- 239000003022 immunostimulating agent Substances 0.000 description 1
- 230000003308 immunostimulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003018 immunosuppressive agent Substances 0.000 description 1
- 229940125721 immunosuppressive agent Drugs 0.000 description 1
- 238000009169 immunotherapy Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 1
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 230000002101 lytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005541 medical transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- PQLXHQMOHUQAKB-UHFFFAOYSA-N miltefosine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCOP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C PQLXHQMOHUQAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 210000000929 nociceptor Anatomy 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 229920002866 paraformaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000256 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Substances 0.000 description 1
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009097 single-agent therapy Methods 0.000 description 1
- 210000002027 skeletal muscle Anatomy 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003106 tissue adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011269 treatment regimen Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке США № 62/848,939, поданной 16 мая 2019 г., которая в полном объеме включена в настоящую заявку путем отсылки.[001] This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 62/848,939, filed May 16, 2019, which is incorporated herein by reference in its entirety.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[002] Настоящее изобретение относится к микроигольным матрицам и, в частности, к микроигольным матрицам, сформированным с элементами поднутрения, для, так называемой, кожной и некожной доставки лекарств, а также для липких аппликаторов на ткани тела.[002] The present invention relates to microneedle arrays and, in particular, to microneedle arrays formed with undercut features for so-called dermal and non-dermal drug delivery, as well as for adhesive applicators on body tissue.
УВЕДОМЛЕНИЕ О ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПОДДЕРЖКЕNOTICE OF GOVERNMENT SUPPORT
[003] Настоящее изобретение создавалось с государственной поддержкой по грантам №№ AR071277 и AR074285, предоставленным Национальными институтами здравоохранения. Правительство обладает определенными правами на изобретение.[003] The present invention was made with government support under Grant Nos. AR071277 and AR074285 from the National Institutes of Health. The government has certain rights to an invention.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
[004] Кожа является легкодоступной тканью с многочисленными различными функциями, например, защитного барьера и терморегулятора. Стоит отметить, что кожа действует как активный орган иммунной системы. Для достижения некоторых целей, таких как иммунизация, иммунотерапия рака и аллерговакцинация, кожа может быть предпочтительным целевым анатомическим местом, поскольку она содержит крупные популяции профессиональных антиген-представляющих клеток и А-клеток иммунной системы. Большую часть вакцин, иммуномодификаторов и противоопухолевых лекарств вводят с использованием инъекций иглами для подкожных инъекций. Однако, доставка лекарств с использованием традиционных шприцов сопряжена с рядом недостатков. Эти недостатки включают в себя потребность в обученном медицинском персонале для введения, трипанофобию (т.е. боязнь уколов иглой), плохое соблюдение пациентами инструкций по приему препарата, риск передачи болезни и травмы медработника от иглы и затраты на хранение и транспортировку в системе холодильной цепи.[004] Leather is a readily available tissue with many different functions, such as a protective barrier and temperature regulator. It is worth noting that the skin acts as an active organ of the immune system. For some purposes, such as immunization, cancer immunotherapy, and allergy vaccination, the skin may be a preferred target anatomical site because it contains large populations of professional antigen-presenting cells and immune system A cells. Most vaccines, immunomodifiers, and anticancer drugs are administered using injections with hypodermic needles. However, drug delivery using traditional syringes has several disadvantages. These disadvantages include the need for trained health care personnel to administer, trypanophobia (i.e., fear of needle sticks), poor patient compliance with instructions for taking the drug, the risk of disease transmission and injury to health care workers from the needle, and the costs of storage and transportation in the cold chain system. .
[005] Кроме того, парентеральные инъекции не в состоянии воспроизводимо и точно доставлять бионагрузки в целевые кожные микросреды. Поэтому вакцины и лекарства, введенные посредством обычных инъекций, могут иметь следствием недостаточную эффективность. В совокупности, данные факторы препятствуют эффективному использованию вакцин, противоопухолевых лекарств или иммуномодуляторов и имеют следствием неэффективность стратегий кожной иммунизации и лечения.[005] In addition, parenteral injections are unable to reproducibly and accurately deliver bioburdens to target skin microenvironments. Therefore, vaccines and drugs administered through conventional injections may result in insufficient effectiveness. Collectively, these factors impede the effective use of vaccines, antineoplastic drugs, or immunomodulators and result in ineffective cutaneous immunization and treatment strategies.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[006] В настоящей заявке раскрываются различные способы и системы, относящихся к изготовлению микроигольных матриц и, в частности, микроигольных матриц, сформированных с элементами поднутрения для кожной и некожной доставки лекарств, а также для липких аппликаторов на ткани тела.[006] This application discloses various methods and systems related to the manufacture of microneedle arrays and, in particular, microneedle arrays formed with undercut features for dermal and non-dermal drug delivery, as well as for adhesive applicators on body tissue.
[007] В некоторых из нижеописанных вариантов осуществления, способ формирования микроигольной матрицы содержит этап формирования производственной литьевой формы из гибкого материала, содержащей множество полостей, которые имеют форму для определения множества соответствующих микроигл, каждая из которых имеет стержень, острие микроиглы, скругленное основание и по меньшей мере один элемент поднутрения, этап включения по меньшей мере одного биоактивного материала внутрь первого растворимого материала, чтобы обеспечить биоразлагаемую матрицу, этап доставки биоразлагаемой матрицы в по меньшей мере участок острия микроиглы, определяемый соответствующими полостями производственной литьевой формы, этап формирования множества микроигл в производственной литьевой форме, которые включают в себя биоразлагаемую матрицу, и этап извлечения микроигл из производственной литьевой формы посредством вытягивания микроигл из литьевой формы. Гибкий материал может иметь достаточную эластичность, чтобы допускать извлечение формованной микроигольной матрицы из производственной литьевой формы за одно вытягивание, без повреждения целостности формы микроигл, определяемой литьевой формой.[007] In some of the embodiments described below, a method for forming a microneedle array comprises the step of forming a production injection mold of a flexible material containing a plurality of cavities that are shaped to define a plurality of corresponding microneedles, each of which has a shaft, a microneedle tip, a rounded base, and at least one undercut feature, the step of incorporating at least one bioactive material within the first soluble material to provide a biodegradable matrix, the step of delivering the biodegradable matrix to at least a microneedle tip region defined by respective cavities of the production injection mold, the step of forming a plurality of microneedles in the production injection mold form, which include a biodegradable matrix, and the step of removing the microneedles from the production injection mold by drawing the microneedles from the injection mold. The flexible material may have sufficient elasticity to allow the molded microneedle array to be removed from the production injection mold in a single pull without damaging the integrity of the microneedle shape defined by the injection mold.
[008] В других вариантах осуществления формируют микроигольную матрицу с использованием литьевой формы для извлечения одним вытягиванием, содержащую подложку, множество микроигл и по меньшей мере один биоактивный материал, объединенный с первым растворимым материалом для формирования биоразлагаемой матрицы. Множество микроигл содержит, в каждой микроигле, стержень, острие микроиглы, скругленное основание и по меньшей мере один элемент поднутрения.[008] In other embodiments, a microneedle array is formed using a pull-release injection mold containing a substrate, a plurality of microneedles, and at least one bioactive material combined with the first soluble material to form a biodegradable matrix. The plurality of microneedles contains, in each microneedle, a shaft, a microneedle tip, a rounded base and at least one undercut element.
[009] В еще одних вариантах осуществления, способ формирования литьевой матрицы содержит этап составления 3-мерного чертежа, построенного в системе автоматизированного проектирования, (3D-САПР чертежа) микроигольной матрицы, которая включает в себя множество микроигл с по меньшей мере одним элементом поднутрения, этап формирования базовой микроигольной матрицы с использованием 3D-САПР чертежа, этап формирования по меньшей мере одной реплики базовой микроигольной матрицы и этап формирования производственной литьевой формы микроигольной матрицы с использованием по меньшей мере одной реплики. Производственную литьевую форму формируют из гибкого материала.[009] In yet other embodiments, a method of forming an injection molding matrix comprises the step of creating a 3-dimensional computer-aided design drawing (3D CAD drawing) of a microneedle array that includes a plurality of microneedles with at least one undercut feature, the step of forming a basic microneedle array using a 3D CAD drawing, the step of forming at least one replica of the base microneedle array, and the step of forming a production injection mold of the microneedle array using at least one replica. A production injection mold is formed from a flexible material.
[010] Вышеприведенные и другие цели, признаки и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего подробного описания, которое использует ссылки на прилагаемые фигуры.[010] The above and other objects, features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description taken by reference to the accompanying drawings.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[011] Фиг.1 - изображение примерных конструкций микроигл, которые имеют, в приведенных примерах, заостренные конические наконечники, круглые стержни с поднутрениями и скругленные основания.[011] FIG. 1 is a depiction of exemplary microneedle designs that have, in the examples provided, pointed conical tips, round undercut shafts, and rounded bases.
[011] Фиг.2A-C - изображения микроигольной матрицы, которая сформирована с податливой подложкой.[011] Figures 2A-C are images of a microneedle array that is formed with a compliant substrate.
[013] Фиг.3A - чертеж, построенный в системе автоматизированного проектирования (САПР), представляющий примерные MNA, которые включают в себя острые иглы с элементами поднутрения и скругленными основаниями.[013] FIG. 3A is a computer-aided design (CAD) drawing showing exemplary MNAs that include sharp needles with undercut features and rounded bases.
[014] Фиг.3B - 3D-САПР чертеж, представляющий примерную MNA со схемой 5×5 расположения игл.[014] FIG. 3B is a 3D CAD drawing showing an exemplary MNA with a 5x5 needle pattern.
[015] Фиг.4A - блок-схема последовательности операций примерного процесса изготовления MNA.[015] FIG. 4A is a flow chart of an exemplary MNA manufacturing process.
[016] Фиг.4B - разные этапы примерного процесса изготовления MNA, представленного на фиг.4A.[016] FIG. 4B illustrates various steps of the exemplary MNA fabrication process shown in FIG. 4A.
[017] Фиг.5A - изображение в оптическом микроскопе базовой MNA, созданной с использованием прямой лазерной 3D-записи.[017] Figure 5A is an optical microscope image of a basic MNA created using direct 3D laser writing.
[018] Фиг.5B - изображение в оптическом микроскопе реплики базовой MNA, созданной с использованием стратегии двухступенчатого микроформования.[018] Figure 5B is an optical microscope image of a base MNA replica created using a two-step micromolding strategy.
[019] Фиг.5C - изображение в оптическом микроскопе загрузочных углублений микроигольчатой формы в производственных литьевых формах для MNA.[019] FIG. 5C is an optical microscope image of microneedle-shaped loading cavities in production MNA injection molds.
[020] Фиг.5D - изображение в оптическом микроскопе отдельной игле с поднутрением на базовой MNA, изготовленной методом 3D печати.[020] Figure 5D is an optical microscope image of a single undercut needle on a 3D printed base MNA.
[021] Фиг.5E - изображение в оптическом микроскопе отдельной иглы с поднутрением на реплике базовой MNA.[021] Figure 5E is an optical microscope image of a single undercut needle on a replica of a base MNA.
[022] Фиг.6A - изображение в оптическом микроскопе окончательных растворяющихся MNA из (CMC (карбоксиметилцеллюлозы)/Treh (трегалозы)) (CMC/Treh-MNA), включающих в себя бионагрузки (например, OVA (яичный альбумин) + Poly(I:C) (сополимер полиинозиновой и полицитидиловой кислот)).[022] Figure 6A is an optical microscope image of the final dissolving MNAs from (CMC (carboxymethylcellulose)/Treh (trehalose)) (CMC/Treh-MNA), including bioburdens (for example, OVA (ovalbumin) + Poly(I :C) (copolymer of polyinosinic and polycytidylic acids)).
[023] Фиг.6B - изображение в оптическом микроскопе растворяющихся MNA из PVP (поливинилпирролидона)/PVA (поливинилового спирта) (PVP/PVA-MNA) с содержащими лекарство остриями и микроиглами с поднутрениями, включающих в себя OVA.[023] Figure 6B is an optical microscope image of dissolving PVP (polyvinyl pyrrolidone)/PVA (polyvinyl alcohol) MNAs (PVP/PVA-MNA) with drug-containing tips and undercut microneedles incorporating OVA.
[024] Фиг.6C - изображение в оптическом микроскопе отдельной микроиглы из CMC/Treh с содержащим лекарство острием и поднутрением, включающей в себя доксорубицин в качестве окрашенного лекарства для облегчения визуализации.[024] FIG. 6C is an optical microscope image of a single CMC/Treh microneedle with a drug-containing tip and undercut, incorporating doxorubicin as a colored drug to facilitate visualization.
[025] Фиг.7A - изображение матриц из PVP/PVA, включающих в себя декстран (с молекулярной массой около 40 кДа), окрашенный техасским красным, на остриях микроигл.[025] Figure 7A is an image of PVP/PVA matrices incorporating dextran (about 40 kDa molecular weight) stained with Texas red on microneedle tips.
[026] Фиг.7B - изображение матриц из CMC/Treh с содержащими лекарство остриями, включающих в себя краситель Allura Red (красный очаровательный) R40 (с молекулярной массой около 500 кДа) в пирамидальной области микроигл.[026] Figure 7B is an image of CMC/Treh matrices with drug tips incorporating Allura Red R40 dye (with a molecular weight of about 500 kDa) in the pyramidal region of the microneedles.
[027] Фиг.7C - изображение матриц из PVP/PVA с содержащими лекарство остриями, включающих в себя несколько нагрузок, таких как декстран, окрашенный техасским красным, и краситель Allura Red R40.[027] FIG. 7C is an image of PVP/PVA matrices with drug-containing tips including multiple loads such as Texas Red-stained dextran and Allura Red R40.
[028] Фиг.7D - изображение матриц из PVP/PVA с содержащими лекарство остриями, включающих в себя несколько нагрузок, таких как декстран, окрашенный техасским красным, и микрочастицы (со средним диаметром 10 мкм) PLGA (полилактида-ко-гликолида), помеченные с помощью Alexa488.[028] FIG. 7D is an image of PVP/PVA matrices with drug-loaded tips including multiple loads such as Texas Red-stained dextran and PLGA (polylactide-co-glycolide) microparticles (average diameter 10 μm), tagged with Alexa488.
[029] Фиг.8A - изображения разных конструкций микроигл, изготовленных из фоторезиста IP-S с использованием прямой лазерной 3D-записи.[029] FIG. 8A is an illustration of different microneedle designs fabricated from IP-S photoresist using direct 3D laser writing.
[030] Фиг.8B - изображения напечатанных микроигл со скругленными основаниями.[030] Figure 8B is an image of printed microneedles with rounded bases.
[031] Фиг.9A - изображения в оптическом микроскопе матриц из PVP/PVA, включающих в себя краситель Allura Red до накладывания на кожу человека.[031] FIG. 9A is an optical microscope image of PVP/PVA matrices incorporating Allura Red before application to human skin.
[032] Фиг.9B - изображение в светлопольном микроскопе следов микроигл с красителем Allura Red R40 на образцах живой человеческой кожи.[032] Figure 9B is a bright field microscope image of Allura Red R40 microneedle traces on living human skin samples.
[033] Фиг.9C - изображения в оптическом микроскопе PVP/PVA-MNA, включающих в себя краситель Allura Red, после накладывания на кожу человека.[033] FIG. 9C is an optical microscope image of PVP/PVA-MNA incorporating Allura Red dye after application to human skin.
[034] Фиг.9D-I - изображение внутрикожной совместной доставки Poly(I:C), помеченного с помощью Alexa488, и OVA, помеченного с помощью Alexa555, из CMC/Treh-MNA с содержащими лекарство остриями. Оптическое увеличение 20 крат. Составные изображения, полученные флуоресцентным микроскопом, демонстрируют полости доставки, проникающие в эпидерму и верхнюю дерму, и доставку как антигена, так и адъюванта в намеченные кожные микросреды.[034] Figure 9D-I is an image of intradermal co-delivery of Alexa488-labeled Poly(I:C) and Alexa555-labeled OVA from CMC/Treh-MNA with drug-loaded tips. Optical magnification 20x. Composite fluorescence microscope images demonstrate delivery cavities penetrating the epidermis and upper dermis and delivery of both antigen and adjuvant to targeted skin microenvironments.
[035] Фиг.10A - изображения в оптическом микроскопе MNA, включающих в себя как OVA с Alexa555, так и Poly(I:C) с Alexa488, с флуоресцентным изображением, являющимся репрезентативным для пирамидального наконечника, содержащего обе нагрузки.[035] FIG. 10A is an optical microscope image of MNAs comprising both OVA with Alexa555 and Poly(I:C) with Alexa488, with a fluorescence image representative of a pyramidal tip containing both loads.
[036] Фиг.10B - репрезентативные изображения в оптическом микроскопе MNA, содержащих OVA с Alexa555 и Poly(I:C) с Alexa488 после накладывания in vivo на изображенную мышь.[036] Figure 10B is representative optical microscope images of MNAs containing OVA with Alexa555 and Poly(I:C) with Alexa488 after in vivo application to the depicted mouse.
[037] Фиг.10C и 10D - изображение эффективной совместной доставки Poly(I:C) с Alexa488 и OVA с Alexa555 в кожные микросреды с использованием новых MNA.[037] FIGS. 10C and 10D depict efficient co-delivery of Poly(I:C) with Alexa488 and OVA with Alexa555 into skin microenvironments using novel MNAs.
[038] Фиг.11A - репрезентативные гистограммы, полученные в результате анализа методом проточной цитометрии и показывающие остаточные клетки с метками CFSE (сукцинимидилового эфира карбоксифлуоресцеина) в селезенках иммунизированных и неиммунизированных мышей.[038] FIG. 11A is representative histograms obtained from flow cytometry analysis showing residual CFSE (carboxyfluorescein succinimidyl ester)-labeled cells in the spleens of immunized and non-immunized mice.
[039] Фиг.11B - количественное представление специфического лизиса клеток, при 100% лизисе, соответствующем полной элиминации клеток-мишеней, (среднее значение±стандартное отклонение, по 3 мыши в группе).[039] FIG. 11B is a quantitative representation of specific cell lysis, with 100% lysis corresponding to complete elimination of target cells (mean ± standard deviation, 3 mice per group).
[040] Фиг.11C - сывороточные концентрации специфических антител IgG1 и IgG2c к OVA (столбики представляют средние значения, по 3 мыши в группе).[040] Figure 11C - Serum concentrations of specific antibodies IgG1 and IgG2c to OVA (bars represent average values, 3 mice per group).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[041] Подробные описания в настоящей заявке характеризуют некоторые примерные варианты осуществления, относящиеся к изготовлению и применению микроигольных матриц (MNA). Хотя примерные варианты осуществления могут раскрывать конкретные типы MNA, следует понимать, что из раскрытых систем и способов можно извлечь пользу для MNA других типов.[041] The detailed descriptions herein describe certain exemplary embodiments relating to the manufacture and use of microneedle arrays (MNAs). Although exemplary embodiments may disclose specific types of MNAs, it should be understood that other types of MNAs may benefit from the disclosed systems and methods.
[042] В контексте настоящего документа, термин «биопрепарат», «активный компонент», «бионагрузка» или «биоактивный материал» относится к фармацевтически активным веществам, таким как анальгезирующие средства, анестетики, противоастматические средства, антибиотики, антидепрессивные средства, противодиабетические средства, противогрибковые средства, гипотензивные средства, противовоспалительные средства, противоопухолевые средства, анксиолитические средства, ферментактивные средства, конструкции нуклеиновых кислот, иммуностимулирующие средства, иммунодепрессивные средства, вакцины и тому подобное. Биоактивный материал может содержать растворимые материалы, нерастворимые, но диспергируемые материалы, натуральные или составленные по рецепту макро-, микро- и наночастицы и/или смеси из двух или более растворимых, диспергируемых нерастворимых материалов и натуральных или составленных по рецепту макро-, микро- и наночастиц. В этой связи, хотя ряд примеров MNA, раскрытых в настоящей заявке, относится к вакцинам и иммунизациям, в конструкциях новых MNA можно использовать любой другой подходящий биоактивный материал, например, вышеописанные материалы.[042] As used herein, the term “biologic,” “active ingredient,” “bioburden,” or “bioactive material” refers to pharmaceutically active substances such as analgesics, anesthetics, antiasthmatics, antibiotics, antidepressants, antidiabetics, antifungal agents, antihypertensive agents, anti-inflammatory agents, antineoplastic agents, anxiolytic agents, enzyme-active agents, nucleic acid constructs, immunostimulants, immunosuppressive agents, vaccines and the like. The bioactive material may contain soluble materials, insoluble but dispersible materials, natural or formulated macro-, micro- and nanoparticles and/or mixtures of two or more soluble, dispersible insoluble materials and natural or formulated macro-, micro- and nanoparticles. nanoparticles In this regard, although a number of examples of MNAs disclosed herein relate to vaccines and immunizations, any other suitable bioactive material, such as the materials described above, can be used in the designs of novel MNAs.
[043] В контексте настоящего документа, выражение «предварительно сформированный» означает, что конструкция или элемент изготавливают, создают и/или формируют с приданием конкретной формы или конфигурации до использования. Соответственно, форма или конфигурация предварительно сформированной микроигольной матрицы является формой или конфигурацией данной микроигольной матрицы до введения одной или более из микроигл микроигольной матрицы в пациента.[043] As used herein, the expression "preformed" means that the structure or element is manufactured, created and/or formed into a specific shape or configuration prior to use. Accordingly, the shape or configuration of the preformed microneedle array is the shape or configuration of the microneedle array prior to insertion of one or more microneedles of the microneedle array into a patient.
[044] В контексте настоящего документа, термин «поднутрение» или «элемент поднутрения» относится к заглубленной поверхности, которая считается недоступной при использовании стандартных способов формования и, в частности, к элементу конструкции (например, углублению, выступу или другой геометрической форме), которые ограничивает или предотвращает извлечение формованной части, содержащей данный элемент, из обычной неразъемной формы.[044] As used herein, the term "undercut" or "undercut feature" refers to a recessed surface that is considered inaccessible using standard forming techniques and, in particular, to a structural feature (e.g., a recess, protrusion, or other geometric shape) which limits or prevents the molded part containing the element from being removed from a conventional one-piece mold.
[045] Системы и способы, описанные в настоящей заявке, и их отдельные компоненты нельзя трактовать как ограниченные каким- либо образом конкретными применениями или системами, описанными в настоящей заявке. Напротив, настоящее раскрытие относится ко всем новым и неочевидным признакам и аспектам различных раскрытых вариантов осуществления, по отдельности и в различных комбинациях и подкомбинациях друг с другом. Например, любые признаки или аспекты раскрытых вариантов осуществления можно использовать в различных комбинациях и подкомбинациях друг с другом, как будет обнаружено специалистом среднего уровня в соответствующей(их) области(ях), принимая во внимание информацию, раскрытую в настоящей заявке. Кроме того, раскрытые системы, способы и их компоненты не ограничиваются каким-либо конкретным аспектом или признаком или их комбинациями, а также раскрытые особенности и способы не нуждаются в том, чтобы хотя бы одно из конкретных преимуществ было представлено, или одна из конкретных проблем была решена. Заголовки приведены исключительно в целях удобочитаемости, и следует понимать, что элементы и/или этапы из одного раздела можно объединять с элементами и/или этапами, описанными под другими заголовками в настоящем раскрытии.[045] The systems and methods described herein and their individual components should not be construed as being limited in any way to the specific applications or systems described herein. Rather, the present disclosure relates to all new and non-obvious features and aspects of the various disclosed embodiments, individually and in various combinations and subcombinations with each other. For example, any features or aspects of the disclosed embodiments may be used in various combinations and subcombinations with each other, as would be recognized by one of ordinary skill in the relevant art(s), taking into account the information disclosed herein. Moreover, the disclosed systems, methods, and components thereof are not limited to any particular aspect or feature or combinations thereof, nor do the disclosed features and methods require that at least one of the particular advantages be presented or that one of the particular problems be presented solved. Headings are provided for readability purposes only, and it should be understood that elements and/or steps from one section may be combined with elements and/or steps described under other headings in this disclosure.
[046] В контексте настоящей заявки, формы единственного числа (выраженные артиклями) включают в себя формы множественного числа, если иное прямо не следует из контекста. Выражение «включает в себя» означает «содержит». Далее, в контексте настоящего документа, выражение «и/или» означает любой отдельный элемент или комбинацию элементов фразы. Кроме того, определение «примерный» означает неограничивающий(ую) пример, частный случай или иллюстрацию. В контексте настоящего документа, выражения «например» и «к примеру» включают в себя список из одного или более неограничивающих вариантов осуществления, примеров, частных случаев и/или иллюстраций.[046] As used herein, singular forms (expressed by articles) include plural forms unless the context otherwise clearly indicates. The expression "includes" means "contains". Further, as used herein, the expression “and/or” means any single element or combination of elements of a phrase. In addition, the definition of “exemplary” means a non-limiting example, particular case, or illustration. As used herein, the expressions “for example” and “for example” include a list of one or more non-limiting embodiments, examples, specific cases and/or illustrations.
[047] Хотя операции некоторых из раскрытых способов описаны в конкретном последовательном порядке для удобного представления, следует понимать, что данная манера описания включает перестановки, если только конкретный порядок не предусмотрен конкретной нижеприведенной формулировкой. Например, операции, описанные в последовательном порядке, можно в некоторых случаях переставить или выполнять одновременно. Кроме того, для упрощения, прилагаемые фигуры могут и не показывать, как раскрытые особенности и способы можно применить совместно с с другими особенностями и способами. Дополнительно, в описании иногда применяются выражения типа «обеспечивать», «производить», «определять» и «выбирать» для описания раскрываемого способа. Данные выражения являются высокоуровневыми описаниями фактических операций, которые выполняются. Фактические операции, которые соответствуют данным выражениям, будут изменяться в зависимости от конкретной реализации и легко заметными среднему специалисту в данной области техники, использующей преимущество настоящего изобретения.[047] Although the operations of some of the disclosed methods are described in a particular sequential order for convenient presentation, it should be understood that this manner of description involves permutations unless a particular order is provided by the specific language below. For example, operations described in sequential order may in some cases be rearranged or performed simultaneously. Additionally, for simplicity, the accompanying figures may not show how the disclosed features and methods may be used in conjunction with other features and methods. Additionally, the specification sometimes uses expressions such as “provide,” “produce,” “specify,” and “select” to describe the method disclosed. These expressions are high-level descriptions of the actual operations that are performed. The actual operations that correspond to these expressions will vary depending on the particular implementation and will be readily apparent to one of ordinary skill in the art taking advantage of the present invention.
[048] Примерные микроигольные матрицы[048] Exemplary Microneedle Arrays
[049] Применение микроигольных матриц дает многочисленные преимущества по сравнению с обычными методами инъекций с помощью иглы. По данной причине, кожная вакцинация или доставка лекарств с использованием микроигольной матрицы предлагает надежный и приемлемый подход к эффективной иммунизации или иммунотерапии рака благодаря вышеупомянутым теоретическим благоприятным качествам кожи.[049] The use of microneedle arrays offers numerous advantages over conventional needle injection methods. For this reason, cutaneous vaccination or drug delivery using a microneedle array offers a reliable and feasible approach for effective immunization or immunotherapy of cancer due to the above-mentioned theoretical beneficial properties of skin.
[050] В отличие от методов местной доставки, MNA физически проникают в роговой слой эпидермы, что избавляет от сложностей изготовления лекарственных форм и приводит к локальному накоплению вакцин или лекарств в кожных микросредах. В противоположность инъекциям традиционными иглами, микроиглы слабо действуют на болевые рецепторы, допуская минимально инвазивную безболезненную иммунизацию.[050] In contrast to topical delivery methods, MNAs physically penetrate the stratum corneum of the epidermis, which eliminates the complexities of drug formulation and leads to local accumulation of vaccines or drugs in the skin microenvironment. In contrast to injections with traditional needles, microneedles are gentle on pain receptors, allowing for minimally invasive, painless immunization.
[051] Из других преимуществ, растворяющиеся MNA могут обеспечивать высокоэффективную вакцинацию благодаря их более высокой вместимости антигенов, регулируемой кинетике высвобождения, простоте изготовления и долговременной стабильности. Такие MNA можно создавать из водорастворимых полимеров, которые растворяются, когда введены в кожу. Микроиглы в MNA предпочтительно являются достаточно прочными в их сухом состоянии, чтобы внедряться в роговой слой эпидермы и затем быстро растворяться в жидкой среде кожи, с высвобождением, тем самым, вакцин. Точная доставка биоактивных материалов, таких как вакцины, в кожные микросреды может иметь следствием повышение эффективностей, в результате чего требуются относительно меньшие дозы по сравнению с традиционными игольными инъекциями.[051] Among other advantages, dissolving MNAs can provide highly effective vaccination due to their higher antigen capacity, controlled release kinetics, ease of manufacture and long-term stability. Such MNAs can be created from water-soluble polymers that dissolve when injected into the skin. The microneedles in the MNA are preferably strong enough in their dry state to be embedded in the stratum corneum of the epidermis and then quickly dissolve in the fluid environment of the skin, thereby releasing the vaccines. Precise delivery of bioactive materials, such as vaccines, into the skin microenvironment may result in increased efficacies, resulting in relatively lower doses required compared to traditional needle injections.
[052] Как подробнее описано ниже, микроиглы с геометрическими элементами поднутрений, которые включают в себя растворимые и/или нерастворимые материалы, можно формировать с использованием новых способов и систем, описанных в настоящей заявке.[052] As described in more detail below, microneedles with undercut geometries that include soluble and/or insoluble materials can be formed using the new methods and systems described herein.
[053] В некоторых вариантах осуществления, новые MNA могут быть сформированы в ходе одноэтапного процесса микроформования, который использует гибкие материалы для производственной литьевой формы. Применение таких гибких материалов для производственной литьевой формы обеспечивает возможность производства множества геометрических конструкции, невозможных в ином случае. Гибкий материал для производственной литьевой формы может содержать, например, любой эластомер или другой гибкий материал, который обеспечивает извлекаемость микроигл требуемой конструкции (например, с требуемой величиной поднутрения и/или другой геометрической формы). Способность формовать множество геометрических форм, которые иначе трудно изготовить формованием, делает возможными новые и передовые функционально-градиентные MNA, например, такие, которые показаны на фиг.1, для адресной доставки многих различных биоактивных материалов в кожу и другие ткани (например, сердечную и глазную ткань).[053] In some embodiments, new MNAs can be formed through a one-step micromolding process that uses flexible materials for a production injection mold. The use of such flexible materials in production injection molds enables the production of a variety of geometric designs that would not otherwise be possible. The flexible material for the production injection mold may comprise, for example, any elastomer or other flexible material that provides removable microneedles of the desired design (eg, with the desired amount of undercut and/or other geometric shape). The ability to mold a variety of geometric shapes that are otherwise difficult to produce by molding makes possible new and advanced functionally graded MNAs, such as those shown in Fig. 1, for targeted delivery of many different bioactive materials to the skin and other tissues (eg, cardiac and ocular tissue).
[054] Фиг.1 изображает примеры разных конструкций микроигл, которые можно формировать с использованием способов и систем, описанных в настоящей заявке. На фиг.1 показаны четыре разных конструкции 10, 12, 14, 16 микроигл в производственной литьевой форме 18, которая сформирована из гибкого материала, например, гибкого эластомера.[054] Figure 1 depicts examples of various microneedle designs that can be formed using the methods and systems described herein. 1 shows four different microneedle designs 10, 12, 14, 16 in a production injection mold 18 that is formed from a flexible material, such as a flexible elastomer.
[055] Микроигла 10 сформирована с растворимой подложкой 20, растворимым стержнем 22 и острием 24 микроиглы, которое заполнено биоактивным материалом. Таким образом, микроигла 10 целиком изготовлена из растворяющегося (или биоразлагаемого) материала. Биоактивный материал может быть подмешан в растворяющийся материал, но предпочтительно располагается на игольном острие, как показано на фиг.1, чтобы повышать эффективность доставки.[055] The microneedle 10 is formed with a soluble substrate 20, a soluble rod 22, and a microneedle tip 24, which is filled with a bioactive material. Thus, the microneedle 10 is made entirely of dissolving (or biodegradable) material. The bioactive material can be mixed into the dissolving material, but is preferably located on the needle point, as shown in Fig. 1, to improve delivery efficiency.
[056] Как показано на фиг.1, микроиглы 10, 12, 14, 16 могут иметь наконечник пирамидальной формы с остроконечным острием и стержень с поднутрением, который соединяется с подложкой посредством скругленного основания. Скругления 32 могут обеспечивать повышенные механические характеристики во время введения в ткань.[056] As shown in FIG. 1, the microneedles 10, 12, 14, 16 may have a pyramid-shaped tip with a pointed tip and an undercut shaft that connects to the substrate through a rounded base. The fillets 32 may provide improved mechanical properties during insertion into tissue.
[057] MNA, описанные в настоящей заявке, могут быть изготовлены из любых формуемых растворяющихся, биоразлагаемых, и/или биосовместимых нерастворяющихся материалов, включающих в себя карбоксиметилцеллюлозу, трегалозу, поливинилпирролидон, поливиниловый спирт, мальтодекстрин, шелк, глюкозу, гиалуроновую кислоту, полиметилметакрилат, поликарбонат, сополимер молочной кислоты и гликолевой кислоты, полимолочную кислоту, быстро отверждающиеся смолы и их комбинации, чтобы включать любые биоактивные материалы, в том числе, косметические средства, кожные наполнители, статины, факторы роста, обезболивающие средства, антигистаминные средства, витамины, анестетики, средства от старения, низкомолекулярные лекарственные средства, гаптены, аллергены, противовоспалительные средства, белки, пептиды, микропузырьки, экзосомы, полиплексы (малые интерферирующие РНК, короткошпилечные РНК, комплексы ДНК-векторов), рекомбинантные вирусные вектора (т.е. аденовирус, лентивирус, вирус коровьей оспы, аденоассоциированный вирус и их разные серотипы), моноклональные и поликлональные антитела и живые или подвергшиеся лизису клетки.[057] The MNAs described herein can be made from any moldable dissolving, biodegradable, and/or biocompatible insoluble materials, including carboxymethylcellulose, trehalose, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, maltodextrin, silk, glucose, hyaluronic acid, polymethyl methacrylate, polycarbonate, copolymer of lactic acid and glycolic acid, polylactic acid, fast-curing resins and combinations thereof to include any bioactive materials, including cosmetics, dermal fillers, statins, growth factors, analgesics, antihistamines, vitamins, anesthetics, anti-aging agents, small molecule drugs, haptens, allergens, anti-inflammatories, proteins, peptides, microbubbles, exosomes, polyplexes (small interfering RNA, short hairpin RNA, DNA vector complexes), recombinant viral vectors (i.e. adenovirus, lentivirus, vaccinia virus, adeno-associated virus and their various serotypes), monoclonal and polyclonal antibodies and live or lysed cells.
[058] Микроигла 12 сформирована с нерастворимой подложкой 26, нерастворимым стержень 28 и острием 24 микроиглы, которое заполнено биоактивным материалом. Данные конструкции функционально-градиентных MNA с поднутрениями можно изготавливать из по меньшей мере двух материалов. Например, пирамидальный участок можно создать с использованием растворяющегося или биоразлагаемого материала, а стержневой участок и подложку изготавливают из нерастворяющегося материала, такого как нерастворяющегося биосовместимого жесткого полимера (например, полиметилметакрилата, поликарбоната, полимера VeroWhite и других отверждаемых ультрафиолетовым излучением (УФ-отверждаемых и термоотверждаемых смол).[058] The microneedle 12 is formed with an insoluble support 26, an insoluble rod 28, and a microneedle tip 24, which is filled with a bioactive material. These functionally graded undercut MNA designs can be made from at least two materials. For example, the pyramidal portion can be created using a dissolving or biodegradable material, and the core portion and backing are made from an insoluble material, such as an insoluble biocompatible rigid polymer (eg, polymethyl methacrylate, polycarbonate, VeroWhite polymer, and other ultraviolet-curable (UV-curable and thermosetting resins) ).
[059] Следовательно, микроигла 12 может обеспечивать остроконечное игольное острие, вместе с повышенными механическими характеристиками благодаря скругленному основанию, возможность эффективного проникновения в ткань и пирамидальный наконечник, который служит дозированной лекарственной формой биоактивного материала, в которой биоактивный(ые) материал(ы) включены в матрицу растворяющегося или разлагающегося биоматериала. Стержневой участок с поднутрением повышает механические характеристики во время внедрения и при этом обеспечивает удерживание в ткани во время имплантации, и нерастворяющиеся стержневой участок с поднутрением предотвращает обратную диффузию внедренного(ых) биоактивного(ых) материала(ов) в ходе процессов как изготовления, так и имплантации. Нерастворимая подложка может также способствовать предотвращению впитывания влаги во время хранения, что может приводить к чрезмерному искривлению подложек и снижать эффективность применений MNA.[059] Therefore, the microneedle 12 can provide a sharp needle point, together with enhanced mechanical properties due to the rounded base, the ability to effectively penetrate tissue, and a pyramidal tip that serves as a dosage form of the bioactive material in which the bioactive material(s) are included into a matrix of dissolving or decomposing biomaterial. The undercut core portion enhances mechanical performance during embedding while providing tissue retention during implantation, and the non-dissolving undercut core portion prevents back diffusion of the embedded bioactive material(s) during both manufacturing and manufacturing processes. implantation The insoluble support may also help prevent moisture absorption during storage, which can cause excessive curvature of the supports and reduce the effectiveness of MNA applications.
[060] Микроигла 14 является аналогичной микроиглам 12, 14 по форме, но дополнительно включает в себя другой растворяющийся слой 30. Например, пирамидальный участок создан с использованием растворяющегося или биоразлагаемого материала, и быстрее растворяющийся слой предусмотрен рядом с соединением стержня с острием иглы. Растворяющийся слой может быть сформирован, например, из быстро растворяющегося полимера с низкой молекулярной массой, такого как глюкоза, сахароза, трегалоза, мальтодекстрин, или поливинилпирролидон. Остальная часть стержневого участка и подложка могут быть сформированы из нерастворяющегося материала, такого как нерастворяющийся биосовместимый жесткий полимер типа сложных полиэфиров, модифицированных акриловой смолой, эпоксидных смол, УФ-отверждаемых мономеров, смол, силиконов.[060] The microneedle 14 is similar to the microneedles 12, 14 in shape, but additionally includes another dissolving layer 30. For example, a pyramidal portion is created using a dissolving or biodegradable material, and a faster dissolving layer is provided adjacent the connection of the shaft to the needle tip. The dissolution layer may be formed, for example, from a rapidly dissolving low molecular weight polymer such as glucose, sucrose, trehalose, maltodextrin, or polyvinylpyrrolidone. The remainder of the core portion and the support may be formed from a non-dissolving material such as a non-dissolving biocompatible rigid polymer such as acrylic resin modified polyesters, epoxy resins, UV-curable monomers, resins, silicones.
[061] Следовательно, микроигла 14 обеспечивает остроконечное игольное острие, вместе с повышенными механическими характеристиками благодаря скругленному основанию, возможность эффективного проникновения в ткань, пирамидальный наконечник, который служит дозированной лекарственной формой биоактивного материала, в которой биоактивный(ые) материал(ы) включены в матрицу растворяющегося или разлагающегося биоматериала, стержневой участок с поднутрением, который повышает механические характеристики во время внедрения и при этом обеспечивает удерживание в ткани во время имплантации, и быстро растворяющийся слой, который вместе с механическим рассогласованием между растворяющимся и нерастворяющимся слоями способствует быстрому отделению пирамидальных остриев.[061] Therefore, the microneedle 14 provides a sharp needle point, together with enhanced mechanical properties due to the rounded base, the ability to effectively penetrate tissue, a pyramidal tip that serves as a dosage form of bioactive material in which the bioactive material(s) are included in a matrix of dissolving or degradable biomaterial, an undercut core region that enhances mechanical performance during implantation while still providing tissue retention during implantation, and a rapidly dissolving layer that, together with the mechanical mismatch between the dissolving and non-dissolving layers, promotes rapid release of the pyramidal tips.
[062] Микроигла 16 подобна микроигле 14, но дополнительно содержит податливую подложку 34, которая может быть нерастворимой. В частности, микроигла 16 может быть сформирована с пирамидальным участком, который создан с использованием растворяющегося или биоразлагаемого материала, быстро растворяющийся слой может быть сформирован как описано выше, остальная часть стержневого участка может быть изготовлена из нерастворяющегося материала, и подложка может быть изготовлена из податливого материала, такого как нерастворяющийся податливый полимер (силиконы, УФ-отверждаемые полимеры, эластомеры).[062] Microneedle 16 is similar to microneedle 14, but additionally includes a pliable support 34, which may be insoluble. Specifically, the microneedle 16 may be formed with a pyramidal portion that is constructed using a dissolving or biodegradable material, a rapidly dissolving layer may be formed as described above, the remainder of the shaft portion may be made of a non-dissolving material, and the support may be made of a pliable material. , such as an insoluble pliable polymer (silicones, UV-curable polymers, elastomers).
[063] Следовательно, микроигла 16 может обеспечить остроконечное игольное острие, вместе с повышенными механическими характеристиками благодаря скругленному основанию, возможность эффективного проникновения в ткань, пирамидальный наконечник, который служит дозированной лекарственной формой биоактивного материала, в которой биоактивный(ые) материал(ы) включены в матрицу растворяющегося или разлагающегося биоматериала, и стержневой участок с поднутрением, который повышает механические характеристики во время внедрения и при этом обеспечивает удерживание в ткани во время имплантации. Как в случае с микроиглой 14, быстро растворяющийся слой может, вместе с механическим рассогласованием между растворяющимся и нерастворяющимся слоями, способствовать быстрому отделению пирамидальных остриев, и нерастворяющиеся стержневой участок с поднутрением предотвращает обратную диффузию внедренного биоактивного материала в ходе процессов как изготовления, так и имплантации. В этом варианте осуществления, подложка может плотнее прилегать к неравномерной геометрической форме поверхности кожи, и, если не растворяется, подложка может способствовать предотвращению впитывания влаги во время хранения, что может приводить к чрезмерному искривлению подложек и снижать эффективность применений MNA.[063] Therefore, the microneedle 16 can provide a sharp needle point, together with enhanced mechanical properties due to the rounded base, the ability to effectively penetrate tissue, a pyramidal tip that serves as a dosage form of the bioactive material in which the bioactive material(s) are included into a matrix of dissolving or degradable biomaterial, and an undercut shaft portion that enhances mechanical performance during insertion while still providing tissue retention during implantation. As in the case of microneedle 14, the rapidly dissolving layer can, together with the mechanical mismatch between the dissolving and non-dissolving layers, promote rapid separation of the pyramidal tips, and the non-dissolving undercut shaft region prevents back diffusion of the embedded bioactive material during both the manufacturing and implantation processes. In this embodiment, the support can adhere more closely to the uneven geometry of the skin surface and, if not dissolved, the support can help prevent moisture absorption during storage, which can cause excessive curvature of the supports and reduce the effectiveness of MNA applications.
[064] Фиг.2A-2C поясняют способность микроигольной матрицы 50, которая содержит микроиглы 52 и податливую подложку 34, изгибаться и, после изгиба, возвращаться в первоначальное состояние или по меньшей мере состояние, которое ближе по форме к первоначальному состоянию, чем изогнутое состояние.[064] FIGS. 2A-2C illustrate the ability of the microneedle array 50, which includes microneedles 52 and a compliant substrate 34, to bend and, after bending, to return to its original state, or at least a state that is closer in shape to the original state than the bent state. .
[065] Следует понимать, что предполагается возможной любая комбинация признаков, раскрытых как на фиг.1, так и по всей настоящей заявке. Например, податливую подложку микроиглы 16 и быстро растворяющийся слой 30 микроигл 14, 16 можно применять в комбинации с любой из других конструкций, раскрытых в настоящей заявке, (например, микроиглами 10, 12).[065] It should be understood that any combination of features disclosed both in FIG. 1 and throughout this application is intended to be possible. For example, the pliable microneedle substrate 16 and the rapidly dissolving microneedle layer 30 of the microneedles 14, 16 may be used in combination with any of the other designs disclosed herein (eg, microneedles 10, 12).
[066] Кроме того, процессы, раскрытые в настоящей заявке, можно применять для создания микроиглы, которая сформирована целиком из нерастворяющихся материалов для использования в форме MNA с покрытием, тканевых липких накладок (аппликаторов) и/или микрозубцов. Геометрические формы нерастворяющегося микрозубца или микроиглы с поднутрением уже создавали ранее с использованием технологических процессов аддитивного производства или механической микрообработки. Однако, высокопроизводительное изготовление таких геометрических форм сдерживалось отсутствием эффективных процессов микроформования.[066] In addition, the processes disclosed herein can be used to create a microneedle that is formed entirely from insoluble materials for use in the form of coated MNA, tissue adhesive patches (applicators), and/or microprongs. Geometric shapes of a non-dissolving micro-tooth or micro-needle with an undercut have previously been created using additive manufacturing or mechanical micro-machining processes. However, high-throughput fabrication of such geometries has been hampered by the lack of efficient micromolding processes.
[067] Микроаддитивная технология изготовления MNA[067] Microadditive MNA Manufacturing Technology
[068] В некоторых вариантах осуществления, MNA могут быть сформированы с использованием аддитивной технологии изготовления (AM), включая методы микроаддитивной технологии изготовления (µAM). Способы и системы, описанные в настоящей заявке, могут позволить медикам-исследователям с низкой квалификацией в области микротехнологий непосредственно производить их конструкции MNA по чертежу, построенному в САПР, без комплексных требований субтрактивной технологии изготовления. Методы µAM, описанные в настоящей заявке, обеспечивают эффективное средство для изготовления новых MNA, спроектированных специально для эффективной кожной и некожной доставки лекарств.[068] In some embodiments, MNAs can be formed using additive manufacturing (AM), including micro-additive manufacturing (µAM) techniques. The methods and systems described herein may allow medical researchers with low microfabrication expertise to directly manufacture their MNA designs from a CAD design without the complex requirements of subtractive manufacturing technology. The μAM methods described herein provide an effective means for the fabrication of novel MNAs designed specifically for effective dermal and non-dermal drug delivery.
[069] В некоторых вариантах осуществления, раскрытых в настоящей заявке, конструкции MNA включали в себя уникальные по форме иглы микрометрических размеров, которые содержат остроконечные пирамидальные наконечники и стержни с поднутрениями и со скругленными основаниями, чтобы обеспечивать эффективное внедрение в кожу и удерживание в ней. В отличие от обычных MNA, MNA, раскрытые в настоящей заявке, изготавливают посредством трехмерной (3D) µAM, с помощью прямой лазерной 3D-записи, что предлагает потенциал преобразований в области MNA, с распараллеливанием уровня простоты и возможностей проектирования.[069] In some embodiments disclosed herein, MNA designs include uniquely shaped micrometer-sized needles that contain pointed pyramidal tips and shafts with undercuts and rounded bases to provide effective skin penetration and retention. Unlike conventional MNAs, the MNAs disclosed herein are fabricated via three-dimensional (3D) μAM, assisted by direct 3D laser writing, which offers transformational potential in the field of MNAs, with paralleling levels of simplicity and design capabilities.
[070] Как подробно описано ниже, в некоторых вариантах осуществления, реплики базовых MNA можно получать из механически прочной, формуемой смолы в два этапа микроформования с высокой точностью воспроизведения. Затем эти реплики можно применять для приготовления производственных литьевых форм, таких как производственные литьевой формы из полидиметилсилоксана (PDMS), которые позволяли изготавливать новые растворимые MNA с содержащими лекарство остриями и имеющими поднутрения микроиглами. В некоторых вариантах осуществления, полученные MNA являются полностью растворяющимися MNA с выраженными элемента поднутрения для эффективной кожной доставки лекарств.[070] As described in detail below, in some embodiments, replicas of the base MNAs can be produced from a mechanically strong, moldable resin in two micromolding steps with high fidelity. These replicas can then be used to prepare production injection molds, such as the polydimethylsiloxane (PDMS) production injection molds that allowed the fabrication of new soluble MNAs with drug-containing tips and undercut microneedles. In some embodiments, the resulting MNAs are fully dissolving MNAs with pronounced undercut features for effective dermal drug delivery.
[071] Как показано на фиг.1, в некоторых вариантах осуществления можно напечатать множество базовых MNA, можно быстро получить реплики базовых MNA, и затем множество реплик можно собрать для создания MNA больших размеров.[071] As shown in FIG. 1, in some embodiments, multiple base MNAs can be printed, replicas of the base MNAs can be quickly obtained, and then multiple replicas can be assembled to create larger MNAs.
[072] В некоторых вариантах осуществления, MNA могут объединять модельный антигенный яичный альбумин (OVA)±модельный адъювантный Poly(I:C) из биорастворимой композиции материалов (70%CMC/30%Treh), с использованием способа центробежного литья. Кроме того, предложенные конструкции MNA, вместе с подходящими материалами для форм, обеспечивали стратегически важную возможность этапов непосредственного изготовления, без помех процессам формования. Изготовленные MNA особенно эффективно проникают сквозь роговой слой эпидермы живой человеческой кожи для доставки бионагрузок в кожные микросреды. Данные уникальные MNA соответствуют требованиям к геометрической форме и механической прочности для эффективного внедрения в кожу для кожной вакцинации, обеспечивая, тем самым, альтернативный перспективный подход для методик адресной иммунизации в кожу.[072] In some embodiments, MNAs can combine model antigenic ovalbumin (OVA)±model adjuvant Poly(I:C) from a biosoluble material composition (70%CMC/30%Treh) using a centrifugal casting method. In addition, the proposed MNA designs, together with suitable mold materials, provided a strategic opportunity for direct manufacturing steps without interfering with the molding processes. Fabricated MNAs are particularly effective at penetrating the stratum corneum of the epidermis of living human skin to deliver bioburdens to the dermal microenvironment. These unique MNAs meet the geometric shape and mechanical strength requirements for effective skin penetration for cutaneous vaccination, thereby providing a promising alternative approach for targeted skin immunization techniques.
[073] Примерные микроиглы и матрицы и системы их изготовления[073] Exemplary microneedles and arrays and manufacturing systems therefor
[074] Фиг.3A и 3B изображают примерную микроигольную матрицу (100) (MNA), которая содержит микроиглы с заостренным пирамидальным наконечником (102) и стержневым участком с поднутрением (104). Кроме того, микроиглы включают в себя скругленное основание (106). [074] FIGS. 3A and 3B depict an exemplary microneedle array (100) (MNA) that includes microneedles with a pointed pyramidal tip (102) and an undercut shaft portion (104). In addition, the microneedles include a rounded base (106).
[075] Способы и системы, раскрытые в настоящей заявке, допускают повторяемое изготовление высококачественных растворяющихся MNA с содержащими лекарство остриями и элементами поднутрения из разных и широко применяемых растворяющихся материалов для микроигл, таких как CMC, PVP (поливинилпирролидон), шелк, HA (гиалуроновая кислота), CMC/трегалоза, CMC/глюкоза, CMC/сахароза, PVP/PVA, и любые другие формуемые биорастворимые композиции.[075] The methods and systems disclosed herein enable the repeatable production of high quality dissolving MNAs with drug-containing tips and undercut features from various and widely used dissolving microneedle materials such as CMC, PVP (polyvinylpyrrolidone), silk, HA (hyaluronic acid) ), CMC/trehalose, CMC/glucose, CMC/sucrose, PVP/PVA, and any other moldable biosoluble compositions.
[076] В данном варианте осуществления, микроигла имеет высоту (110), которая составляет 50-1500 мкм, например, высоту 750 мкм, и угол (A) при вершине пирамидального наконечника, который составляет 10°-60°, например, 30°.[076] In this embodiment, the microneedle has a height (110) that is 50-1500 µm, for example a height of 750 µm, and an angle (A) at the apex of the pyramidal tip that is 10°-60°, for example 30° .
[077] В одном варианте осуществления, стержневой участок микроиглы может иметь ширину (112), которая составляет 50-500 мкм, например, 150 мкм. Стержневой участок (104) может продолжаться от нижнего края трехмерного (3D) пирамидального наконечника до подложки (108) микроиглы со скругленным соединением, которое имеет длину 15-75 мкм, например, 35 мкм. Ширина (114) нижнего края пирамидального наконечника может составлять, например, 100-400 мкм, например, образовать базовый участок 250 мкм × 250 мкм.[077] In one embodiment, the microneedle shaft portion may have a width (112) that is 50-500 μm, such as 150 μm. The shaft portion (104) may extend from the bottom edge of the three-dimensional (3D) pyramidal tip to the microneedle substrate (108) with a rounded joint that has a length of 15-75 μm, for example, 35 μm. The width (114) of the bottom edge of the pyramidal tip can be, for example, 100-400 μm, for example, forming a base area of 250 μm x 250 μm.
[078] В некоторых вариантах осуществления, расстояние (116) между остриями микроигл в матрице может составлять 100-800 мкм, например, 650 мкм. В некоторых вариантах осуществления, MNA может включать в себя 1-1000 микроигл, например, 25 микроигл в конфигурации матрицы 5×5 на подложке с площадью 4,75 мм × 4,75 мм.[078] In some embodiments, the distance (116) between microneedle tips in the array may be 100-800 μm, such as 650 μm. In some embodiments, the MNA may include 1-1000 microneedles, for example, 25 microneedles in a 5 x 5 array configuration on a substrate with an area of 4.75 mm x 4.75 mm.
[079] Скругление в основании (106) микроиглы содействовать снижению сопутствующих концентраций механических напряжений в острых углах, что, в свою очередь, повышает характеристики микроиглы в ходе выполнения процессов изготовления и введения в кожу. Угол при вершине, ширину и высоту микроигл выбирали, чтобы обеспечить более совершенную механику введения в кожу и сократить число неудовлетворительных результатов при внедрении.[079] The rounding at the base (106) of the microneedle helps reduce the associated stress concentrations at sharp corners, which in turn improves the performance of the microneedle during manufacturing and skin insertion processes. The apex angle, width, and height of the microneedles were chosen to provide improved mechanics of insertion into the skin and reduce the number of unsatisfactory results during insertion.
[080] Поднутрение или закрепляющий элемент конструкции может оптимизировать удерживание в коже во время накладывания и, при использовании новых способов и систем, раскрытых в настоящей заявке, может быть получен также без создания помех этапам обработки, что допускает прямое снятие MNA с литьевых форм.[080] The undercut or anchoring element of the design can optimize retention in the skin during application and, using the new methods and systems disclosed herein, can also be achieved without interfering with processing steps, allowing direct removal of the MNA from injection molds.
[081] Описанный здесь подход на основе трехмерной микроаддитивной технологии изготовления (3D-µAM) предусматривает создание уникальных конструкций MNA по 3D-САПР чертежу. К тому же, технология 3D-µAM может позволить медикам-исследователям с низкой квалификацией в области микротехнологий или без такой квалификации проектировать и изготавливать платформы на основе MNA для доставки лекарств, с оптимизацией, ориентированной на конкретные применения.[081] The three-dimensional microadditive manufacturing (3D-µAM) approach described here involves creating unique MNA designs from a 3D CAD drawing. In addition, 3D-µAM technology can enable medical researchers with little or no microfabrication expertise to design and fabricate MNA-based drug delivery platforms with application-specific optimizations.
[082] Примерный системы и процессы изготовления представлены на блок-схеме последовательности операций на фиг.4A и графически изображены на фиг.4B. Как показано на фиг.4A и 4B, процесс может содержать следующие этапы для создания новых быстро растворяющихся MNA, при одновременном обеспечении высокой производительности изготовления. На первом этапе можно составить 3D-САПР чертеж (132) конструкции MNA (этап 120 процесса). На втором этапе можно выполнить прямое изготовление базовой MNA (134) по чертежу САПР посредством прямой лазерной 3D-записи с использованием нерастворяющейся смолы (например, фоторезиста IP-S) (этап 122 процесса). Технологическая система 3D-µAM может быть, например, система (136) Nanoscribe для 3D-печати.[082] Exemplary manufacturing systems and processes are illustrated in a flowchart in FIG. 4A and graphically depicted in FIG. 4B. As shown in FIGS. 4A and 4B, the process may comprise the following steps to create novel, rapidly dissolving MNAs while achieving high production throughput. In a first step, a 3D CAD drawing (132) of the MNA design can be generated (process step 120). In a second step, direct fabrication of the base MNA (134) from a CAD drawing can be performed via direct 3D laser writing using an insoluble resin (eg, IP-S photoresist) (process step 122). The 3D-µAM technology system could be, for example, the Nanoscribe system (136) for 3D printing.
[083] На третьем этапе может быть быстро выполнено изготовление высокоточной реплики базовой MNA с использованием УФ-отверждаемой смолы (например, VeroWhitePlus, Tangoblack, Digital Materials) и способа двухступенчатого микроформования (этап 124 процесса). Данный подход может включать в себя негативную эластомерную литьевую форму (138) для формования реплики (140) базовой MNA.[083] In the third step, fabrication of a high-precision replica of the base MNA can be rapidly accomplished using a UV-curable resin (eg, VeroWhitePlus, Tangoblack, Digital Materials) and a two-step micromolding method (process step 124). This approach may involve a negative elastomeric injection mold (138) to form a replica (140) of the base MNA.
[084] На четвертом этапе могут быть созданы оригинальные формы MNA с несколькими репликами базовой MNA (например, шестью репликами) на держателях MNA, полученных методом 3D-печати (этап 126 процесса). Держатель (142) MNA, полученный методом 3D-печати, может быть сформирован из, например, полимерного материала. Объединение множества реплик базовой MNA на, например, держателях MNA, полученных методом 3D-печати, может допускать создание MNA большего размера и повышать производительность.[084] In a fourth step, original MNA shapes can be created with multiple replicas of the base MNA (eg, six replicas) on 3D printed MNA holders (process step 126). The 3D printed MNA holder (142) may be formed from, for example, a polymer material. Integrating multiple replicas of a base MNA onto, for example, 3D printed MNA holders could allow for larger MNAs and improve productivity.
[085] На пятом этапе могут быть изготовлены производственные литьевые формы (144) MNA из эластомерного PDMS (полидиметилсилоксана) с использованием микроформования (этап 128 процесса). На шестом этапе можно изготовить растворяющиеся MNA (150) с содержащими лекарство остриями (этап 130 процесса). MNA могут иметь микроиглы с поднутрением, включающие в себя один или более биоактивных материалов, таких как вакцина или любой другой биоактивный материал, изготовленные из водорастворимого биосовместимого материала (например, композиции из CMC и Treh) способом многоступенчатого центробежного литья с использованием центрифуги.[085] In a fifth step, production injection molds (144) of MNA from elastomeric PDMS (polydimethylsiloxane) can be made using micromolding (process step 128). In a sixth step, dissolvable MNAs (150) with drug-containing tips can be prepared (process step 130). MNAs may have undercut microneedles incorporating one or more bioactive materials, such as a vaccine or any other bioactive material, made from a water-soluble biocompatible material (eg, compositions of CMC and Treh) by a multi-stage centrifugal casting process.
[086] Например, биоактивный компонент (например, вакцина) можно центробежно отливать на острия производственных литьевых форм из PDMS, и растворимый гидрогель (например, CMC/трегалозу) можно центробежно отливать в производственные литьевой формы для выполнения функции конструкционного материала микроигл и формирования подложки MNA. В некоторых вариантах осуществления, базовую MNA, оригинальные формы MNA, включающиеся в себя реплики базовой MNA, и эластомерные производственные литьевой формы можно использовать многократно в течение большого числа технологических циклов, что значительно снижает стоимость изготовления MNA с уникальными конструкциями и повышает производительность.[086] For example, a bioactive component (e.g., a vaccine) can be centrifugally cast onto the tips of a PDMS production injection mold, and a soluble hydrogel (e.g., CMC/trehalose) can be centrifugally cast into a production injection mold to function as a microneedle construction material and form the MNA substrate . In some embodiments, the base MNA, original MNA molds that include replicas of the base MNA, and elastomeric production injection molds can be reused over a large number of production runs, significantly reducing the cost of manufacturing MNAs with unique designs and increasing productivity.
[087] Фиг.5A-5E представляют конечные изделия, соответствующие разным этапам изготовления или обработки. Фиг.5A представляет изображение в оптическом микроскопе базовой MNA (134), созданной с использованием прямой лазерной 3D-записи, и фиг.5D представляет изображение в оптическом микроскопе отдельной иглы с поднутрением на базовой MNA (134), изготовленной методом 3D-печати. В частности, базовую MNA изготовили из фоторезиста IP-S методом прямой лазерной 3D-записи. Смола IP-S является специальным материалом, предназначенным для лазерной 3D-литографии и обеспечивает высокое разрешение и механическую целостность микро- и наноструктур. Лазерная 3D-литография, основанная на двухфотонной полимеризации, обеспечила эффективное средство для изготовления конструкций MNA с поднутрениями, с гладкими кромками и остроконечными остриями, и без каких-либо нежелательных остатков (например, станочной стружки).[087] FIGS. 5A-5E represent final products corresponding to different manufacturing or processing steps. FIG. 5A is an optical microscope image of a base MNA (134) created using direct 3D laser writing, and FIG. 5D is an optical microscope image of an individual undercut needle on a base MNA (134) fabricated by 3D printing. Specifically, the base MNA was fabricated from IP-S photoresist using direct 3D laser writing. IP-S resin is a special material designed for 3D laser lithography and provides high resolution and mechanical integrity of micro- and nanostructures. 3D laser lithography based on two-photon polymerization has provided an effective means to fabricate undercut MNA structures with smooth edges and sharp points, and without any unwanted residues (e.g., machine chips).
[088] Фиг.5B представляет изображение в оптическом микроскопе реплики (140) базовой MNA, созданной по методике двухступенчатого микроформования: формование эластомерной композиции в сочетании с микроформованием с УФ-отверждением, и фиг.5E представляет изображение в оптическом микроскопе отдельной иглы с поднутрением на реплике (140) базовой MNA. Базовую MNA изготовили с использованием процесса двухступенчатого микроформования. Базовую MNA из смолы IP-S использовали для изготовления гибкой литьевой формы из PDMS посредством формования эластомерной композиции, и затем литьевую форму из PDMS использовали для изготовления нескольких реплик MNA из смолы VeroWhite посредством микроформования с УФ-отверждением. Смола VeroWhite является износостойким, акриловым фотополимером, который пригоден для применения 3D-принтерами Polyjet.[088] FIG. 5B is an optical microscope image of a replica (140) of a base MNA created using a two-step micromolding technique: elastomeric composition molding combined with UV-curing micromolding, and FIG. 5E is an optical microscope image of an individual needle with an undercut on replica (140) of the base MNA. The base MNA was fabricated using a two-step micromolding process. A base IP-S resin MNA was used to fabricate a flexible PDMS injection mold through elastomeric composition molding, and then the PDMS injection mold was used to fabricate multiple VeroWhite resin MNA replicas through UV-curing micromolding. VeroWhite resin is a wear-resistant, acrylic photopolymer that is suitable for use with Polyjet 3D printers.
[089] Для обеспечения масштабируемого изготовления новых MNA, реплики MNA затем использовали для создания оригинальных форм MNA, которые включают в себя несколько MNA (например, шесть реплик MNA). Окончательные оригинальные формы MNA подвергали постобработке в вакуумной печи, чтобы облегчить успешное отверждение PDMS на поверхности литьевой формы, и затем из PDMS изготавливали эластомерные производственные литьевой формы MNA, которые состояли из загрузочных углублений микроигольчатой формы. Фиг.5C представляет изображение в оптическом микроскопе загрузочных углублений микроигольчатой формы в производственных литьевая формах (144) MNA.[089] To enable scalable manufacturing of new MNAs, MNA replicas are then used to create original MNA shapes that include multiple MNAs (eg, six MNA replicas). The final original MNA molds were post-processed in a vacuum oven to facilitate successful curing of the PDMS on the surface of the injection mold, and the PDMS was then fabricated into elastomeric production MNA injection molds that consisted of microneedle-shaped loading wells. FIG. 5C is an optical microscope image of microneedle shaped loading wells in production MNA injection molds (144).
[090] По существу, данные технологические этапы, вместе с большими геометрическими возможностями прямой лазерной 3D-записи, имели следствием стратегию масштабируемого и эффективного изготовления MNA. К тому же, быстрое изготовление реплик базовой MNA, изготовленной методом 3D печати, с использованием износостойкого материала для форм значительно повышало производительность. Возможны также другие элементы поднутрения, при использовании других материалов микроигл и эластомерных литьевых форм, совместимых с процессами и системами, описанными в настоящей заявке.[090] Essentially, these technological steps, together with the greater geometric capabilities of direct laser 3D writing, resulted in a strategy for scalable and efficient MNA fabrication. In addition, the rapid production of 3D printed replicas of the basic MNA using wear-resistant mold material significantly increased productivity. Other undercut features are also possible using other microneedle materials and elastomeric injection molds that are compatible with the processes and systems described herein.
[091] После изготовления оригинальных форм MNA с шестью репликами MNA изготавливали растворяющиеся MNA, которые включают вакцину в участке острия игл, с использованием обычной стратегии трехступенчатого изготовления от оригинальной формы к производственной литьевой форме и к окончательным растворимым MNA.[091] After manufacturing the original MNA molds with six replica MNAs, dissolving MNAs that incorporate the vaccine at the needle tip site were manufactured using a conventional three-step manufacturing strategy from the original mold to the production injection mold to the final dissolving MNAs.
[092] Как подробнее описано ниже, растворяющиеся MNA, которые включают вакцину (10 мкг OVA±25 мкг Poly(I:C)) на участке острия игл с поднутрениями, изготавливали по технологии центробежного литья из двух разных композиций материалов (т.е. CMC/трегалозы и PVP/PVA). Кроме того, для облегчения визуализации и демонстрации совместимости с химиотерапевтическими средствами изготовили MNA из CMC/трегалозы с содержащими лекарство остриями и микроиглами с поднутрениями, включающие в себя окрашенное модельное лекарство (например, доксорубицин). Системы и способы, описанные в настоящей заявке, создали возможность эффективного и быстрого изготовления растворяющихся MNA с содержащими лекарство остриями и микроиглами с поднутрениями из разных растворимых композиций материалов.[092] As described in more detail below, dissolvable MNAs that incorporate the vaccine (10 μg OVA ± 25 μg Poly(I:C)) at the undercut needle tip site were manufactured by centrifugal casting technology from two different material compositions (i.e. CMC/trehalose and PVP/PVA). Additionally, CMC/trehalose MNAs with drug-containing tips and undercut microneedles incorporating a colored model drug (eg, doxorubicin) were fabricated to facilitate imaging and demonstrate compatibility with chemotherapeutic agents. The systems and methods described herein have enabled the efficient and rapid production of dissolvable drug-tipped MNAs and undercut microneedles from a variety of dissolvable material compositions.
[093] Фиг.6A является изображением в оптическом микроскопе окончательных растворяющихся CMC/Treh-MNA, включающих в себя бионагрузки (например, OVA+Poly(I:C)). Фиг.6B является изображением в оптическом микроскопе растворяющихся PVP/PVA-MNA с содержащими лекарство остриями и микроиглами с поднутрениями, включающих в себя OVA, и фиг.4C является изображением в оптическом микроскопе отдельной микроиглы из CMC/Treh с содержащим лекарство острием и поднутрением, включающей в себя доксорубицин в качестве окрашенного лекарства для облегчения визуализации.[093] Figure 6A is an optical microscope image of the final dissolving CMC/Treh-MNAs incorporating bioburdens (eg, OVA+Poly(I:C)). FIG. 6B is an optical microscope image of dissolving PVP/PVA-MNA with drug-containing tips and undercut microneedles incorporating OVA, and FIG. 4C is an optical microscope image of a single CMC/Treh microneedle with drug-containing tip and undercut. including doxorubicin as a colored drug to facilitate visualization.
[094] Пример 1 - Изготовление примерных MNA[094] Example 1 - Fabrication of exemplary MNAs
[095] Примерный процесс создания MNA описан в настоящей заявке.[095] An exemplary process for creating an MNA is described herein.
[096] Изготовление базовой MNA. Уникальная конструкция MNA была непосредственно создана по 3D-САПР чертежу, представленному на фиг.1, с использованием лазерной 3D-печати (на литографе Nanoscribe Photonic Professional, GT) с помощью фотополимерного резиста IP-S. Система печати Nanoscribe была оборудована лазерным генератором, шкафом оптической связи, оптическим микроскопом Цейса, присоединенным к линзе для фокусировки лазерного пучка, гальванометрической зеркальной системой для управления сканированием лазерного пучка, пьезоэлектрическим столиком для прецизионного управления перемещением и рабочим программным обеспечением (Nanowrite) для выполнения 3D-печати. Система целиком размещалась на оптическом столе для гашения вибраций в процессе печати.[096] Fabrication of basic MNA. The unique MNA design was directly created from the 3D CAD drawing shown in Figure 1 using laser 3D printing (on a Nanoscribe Photonic Professional, GT lithograph) using IP-S photopolymer resist. The Nanoscribe printing system was equipped with a laser generator, an optical communication cabinet, a Zeiss optical microscope attached to a lens to focus the laser beam, a galvanometric mirror system to control the scanning of the laser beam, a piezoelectric stage for precision motion control, and operating software (Nanowrite) to perform 3D printing. print. The entire system was placed on the optical table to dampen vibrations during the printing process.
[097] Для изготовления базовой MNA, конструкцию MNA преобразовали в формат файла «STL» (стереолитографии). Затем, файл STL загружали в специализированное программное обеспечение (DeScribe, Германия) системы Nanoscribe, чтобы выбрать режим обработки (т.е. расстояние получения слоев, гравировку и разделение). И наконец, файл STL преобразовали в формат «GWL» (литография общей записи), подлежащий экспорту в программное обеспечение Nanowrite для печати базовой MNA. Базовую MNA изготавливали с использованием режима гальванометрического сканирования в плоскости XY и пьезоэлектрического сканирования в направлении Z. Базовую MNA разделили на блоки размером 220 мкм × 220 мкм × 200 мкм в пределах рабочего диапазона и затем составляют. Мощность лазера и скорость записи устанавливали равными 100 мВт и 6 см/с, соответственно. Минимальное и максимальное расстояния между слоями были 0,3 мкм и 0,5 мкм, соответственно. Затем базовую MNA печатали посредством двухфотонной полимеризации фоторезиста IP-S с помощью фемтосекундного импульсного лазера с длиной волны 750 нм, при использовании уникального режима с погружением в жидкость, с 25-кратным объективом и числовой апертурой 0,8, в режиме оболочки и каркаса.[097] To fabricate the basic MNA, the MNA design was converted to an "STL" (stereolithography) file format. Next, the STL file was loaded into the specialized software (DeScribe, Germany) of the Nanoscribe system to select the processing mode (i.e. layer acquisition distance, engraving and separation). Finally, the STL file was converted to "GWL" (general record lithography) format to be exported to Nanowrite software for printing the basic MNA. The base MNA was fabricated using galvanometric scanning mode in the XY plane and piezoelectric scanning in the Z direction. The base MNA was divided into 220 μm × 220 μm × 200 μm blocks within the operating range and then composed. The laser power and recording speed were set to 100 mW and 6 cm/s, respectively. The minimum and maximum distances between layers were 0.3 μm and 0.5 μm, respectively. The base MNA was then printed by two-photon polymerization of IP-S photoresist using a 750 nm femtosecond pulsed laser using a unique liquid-immersion mode with a 25x objective and 0.8 numerical aperture in shell and frame mode.
[098] После печати, базовую MNA проявляли в растворителе фоторезиста на основе пропиленгликоля метил эфир ацетата (PGMEA) в течение 30 мин и затем промывали 5 мин в изопропиловом спирте (IPA). После воздушной сушки базовой MNA, ее облучали УФ-светом (365 нм) с интенсивностью 16 мВт/см2 в течение 30 мин, чтобы дополнительно поперечно сшить деталь для усиления структуры MNA.[098] After printing, the base MNA was developed in propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) photoresist solvent for 30 minutes and then washed for 5 minutes in isopropyl alcohol (IPA). After air drying the base MNA, it was irradiated with UV light (365 nm) at an intensity of 16 mW/ cm2 for 30 min to further cross-link the part to strengthen the MNA structure.
[099] Изготовление реплик базовой MNA. Для изготовления реплик базовой MNA с высокой точностью воспроизведения, с использованием УФ-отверждаемой смолы, выполняли способ двухступенчатого микроформования. Сначала, методом микроформования изготавливали эластомерную литьевую форму, которая является обратной для базовой MNA, из полидиметилсилоксана (PDMS). Формование эластомерной композиции, использующей PDMS, обеспечивает точное и воспроизводимое изготовление реплик с высокоточными структурами микрометрических размеров. Короче говоря, базовую MNA устанавливали в чашку Петри диаметром 5 см, и PDMS получали с использованием двухкомпонентного отверждаемого силиконового эластомера SYLGARD® 184 (Dow Corning) путем смешивания основного материала с отверждающим средством в пропорции 10:1, SYLGARD® к отверждающему средству. После этого, смесь наливали на базовую MNA, установленную в чашку Петри, и дегазировали в течение 15 мин. Затем, базовую MNA с дегазированной смесью помещали в печь и отверждали при 70°C в течение 1 часа. Отвержденный PDMS охлаждали до комнатной температуры в течение 5 мин и затем отделяли от базовой MNA, чтобы получить негативную литьевую форму из PDMS.[099] Making replicas of the base MNA. A two-step micromolding method was performed to produce high-fidelity replicas of the base MNA using a UV-curable resin. First, an elastomeric injection mold, which is the inverse of the base MNA, was made from polydimethylsiloxane (PDMS) using micromolding. Molding of an elastomeric composition using PDMS allows for the precise and reproducible fabrication of replicas with high-precision micrometric-sized structures. Briefly, a base MNA was mounted in a 5 cm diameter petri dish and PDMS was prepared using SYLGARD® 184 two-component curable silicone elastomer (Dow Corning) by mixing base material with curing agent in a 10:1 ratio, SYLGARD® to curing agent. After this, the mixture was poured onto a base MNA placed in a Petri dish and degassed for 15 min. Then, the base MNA with the degassed mixture was placed in an oven and cured at 70°C for 1 hour. The cured PDMS was cooled to room temperature for 5 min and then separated from the base MNA to obtain a PDMS negative injection mold.
[0100] На втором этапе технологической обработки, негативную литьевую форму из PDMS использовали для изготовления позитивных реплик MNA из УФ-отверждаемой смолы (Stratasys®, VeroWhiteplus-RGD835). Для каждой литьевой формы из PDMS, 20 мкл жидкой (неотвержденной) смолы наливали на литьевые формы, и затем литьевые формы помещали в центрифугу, чтобы заполнить загрузочные углубления микроигольчатой формы смолой в режиме со скоростью 4500 об/мин и при 20°C в течение 1 мин. Затем смолу отверждали УФ-светом (365 нм) с интенсивностью 21,7 мВт/см2 в течение 5 мин с каждой из верхней и нижней сторон, для отверждения как основания, так и остриев микроигл. Чтобы обеспечить плоскостность подложек реплик базовой MNA, дополнительно заливали 50 мкл УФ-отверждаемой смолы на литьевую форму из PDMS, что было избытком по отношению к остающемуся доступному объему. На верх литьевой формы помещали предметное стекло, чтобы избавиться от избыточной смолы VeroWhite, с созданием, тем самым, равномерной плоской поверхности на основании. После этого жидкую смолу отверждали с верхней стороны в течение 5 мин и затем извлекали из литьевой формы, чтобы получить реплики базовой MNA.[0100] In the second processing step, a negative PDMS injection mold was used to fabricate positive MNA replicas from a UV-curable resin (Stratasys®, VeroWhiteplus-RGD835). For each PDMS injection mold, 20 μL of liquid (uncured) resin was poured onto the injection molds, and then the injection molds were placed in a centrifuge to fill the microneedle mold feed wells with resin at 4500 rpm and 20°C for 1 min. The resin was then cured with UV light (365 nm) at an intensity of 21.7 mW/cm 2 for 5 min on each of the top and bottom sides to cure both the base and tips of the microneedles. To ensure the flatness of the base MNA replica substrates, an additional 50 μL of UV-curable resin was poured onto the PDMS injection mold, which was in excess of the remaining available volume. A glass slide was placed on top of the injection mold to remove excess VeroWhite resin, thereby creating a uniform, flat surface on the base. The liquid resin was then cured on the top side for 5 min and then removed from the injection mold to obtain replicas of the base MNA.
[0101] Создание оригинальных форм MNA. Для облегчения масштабируемого изготовления растворяющихся MNA, оригинальные формы MNA создавали путем сборки шести реплик базовой MNA на держателях MNA, изготовленных по технологии Stratasys® из нерастворяющегося фотополимера (VeroWhite) с использованием высокоразрешающей (16-мкм) системы 3D-печати Polyjet (принтер Objet Connex 500, с совмещением нескольких материалов). 3D-модель держателей MNA создали с использованием программного обеспечения САПР SolidWorks 2018 и затем преобразовали в формат файла «STL» (стереолитографии). Далее, специализированное программное обеспечение (Objet Studio) разрезало данную 3D-модель на 2D (2-мерные) поперечные слои, с созданием компьютерного файла, который передавался в систему 3D принтера. В держателе MNA, полученном методом 3D-печати, были запроектированы и изготовлены каналы, чтобы служить выступающими камерами в производственных литьевых формах MNA для присутствия в качестве вспомогательных резервуаров как для биоактивной нагрузки (например, вакцины), так и для конструктивного гидрогелевого материала растворяющихся MNA в процессе центробежного литья. Созданные оригинальные формы MNA подвергали термообработке при 80°C всю ночь в вакуумной печи, чтобы облегчить эффективное изготовление эластомерных производственных литьевых форм MNA.[0101] Create original MNA forms. To facilitate scalable fabrication of dissolvable MNAs, original MNA shapes were created by assembling six replicas of the base MNA on MNA holders manufactured by Stratasys® technology from an insoluble photopolymer (VeroWhite) using a high-resolution (16-μm) Polyjet 3D printing system (Objet Connex 500 printer , with a combination of several materials). A 3D model of the MNA holders was created using SolidWorks 2018 CAD software and then converted to an “STL” (stereolithography) file format. Next, specialized software (Objet Studio) cut this 3D model into 2D (2-dimensional) cross layers, creating a computer file that was transferred to the 3D printer system. In the 3D printed MNA holder, channels were designed and fabricated to serve as protruding chambers in production MNA injection molds to serve as support reservoirs for both the bioactive load (e.g., vaccine) and the engineered hydrogel material of the dissolving MNAs in centrifugal casting process. The created original MNA molds were heat treated at 80°C overnight in a vacuum oven to facilitate efficient production of elastomeric production MNA injection molds.
[0102] Изготовление производственных литьевых форм MNA. Производственные литьевые формы MNA, которые включали в себя загрузочные углубления микроигольчатой формы, изготавливали из широко применяемого эластомерного полидиметилсилоксана (PDMS), как описано для изготовления реплик оригинала MNA. Основной материал смешивали с отверждающим средством в пропорции 10:1, SYLGARD® к отверждающему средству. После этого, смесь наливали на оригинальную форму MNA, помещенную в чашку Петри диаметром 10 см и дегазировали в течение 15 мин. Затем оригинальную форму с дегазированной смесью помещали в печь для отверждения PDMS при 70°C в течение 1 часа. После охлаждения отвержденного PDMS до комнатной температуры, его отделяли от оригинальной формы MNA, чтобы изготовить производственные литьевые формы MNA из PDMS.[0102] Making production MNA injection molds. The production MNA injection molds, which included microneedle-shaped loading wells, were made from the commonly used elastomeric polydimethylsiloxane (PDMS) as described for making replicas of the original MNA. The base material was mixed with the curing agent in a ratio of 10:1, SYLGARD® to curing agent. After this, the mixture was poured onto the original MNA mold placed in a Petri dish with a diameter of 10 cm and degassed for 15 minutes. The original mold with the degassed mixture was then placed in a PDMS curing oven at 70°C for 1 hour. After cooling the cured PDMS to room temperature, it was separated from the original MNA mold to produce production PDMS MNA injection molds.
[0103] Производство растворяющихся MNA. Для изготовления растворяющихся MNA с содержащими лекарство остриями и микроиглами с поднутрением, включающих в себя OVA±Poly(I:C), использовали композицию из биорастворимых материалов, которая включала в себя карбоксиметилцеллюлозу (CMC, № C5678 по каталогу, Sigma-Aldrich, Сент-Луис, шт. Миссури) и трегалозу (Treh, № T9531 по каталогу, Sigma-Aldrich). Для приготовления гидрогелевой формы конструкционного материала растворяющихся MNA, порошки CMC и Treh тщательно смешивали в массовом отношении 70% и 30%, соответственно. Затем данную порошковую смесь вводили в воду, не содержащую эндотоксинов, (воду для приготовления питательных сред для культур клеток (HyClone HyPure Cell Culture Grade Water)) и тщательно перемешивали для получения концентрации 30% по массе. Приготовленный гидрогель охлаждали при 4°C в течение 24 ч для приведения смеси в равновесное состояние. Затем, из CMC/Treh изготавливали уникальные конструкции MNA с содержащими лекарство остриями по методу многоступенчатого центробежного литья с использованием центрифуги (Thermo Fisher Scientific Sorvall Legend XTR с ротором Swinging Bucket Rotor TX-750).[0103] Production of dissolving MNAs. To prepare dissolvable MNAs with drug-loaded tips and undercut microneedles incorporating OVA±Poly(I:C), a biosoluble materials formulation was used that included carboxymethylcellulose (CMC, catalog no. C5678, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) and trehalose (Treh, catalog no. T9531, Sigma-Aldrich). To prepare the hydrogel form of the dissolving MNA construction material, CMC and Treh powders were thoroughly mixed at a mass ratio of 70% and 30%, respectively. This powder mixture was then added to endotoxin-free water (HyClone HyPure Cell Culture Grade Water) and mixed thoroughly to obtain a concentration of 30% by weight. The prepared hydrogel was cooled at 4°C for 24 hours to bring the mixture to equilibrium. Unique MNA designs with drug-containing tips were then manufactured from CMC/Treh using a multi-stage centrifugal casting method using a centrifuge (Thermo Fisher Scientific Sorvall Legend XTR with Swinging Bucket Rotor TX-750).
[0104] И наконец, 5 мкл раствора OVA (25 мг/мл OVA в воде, не содержащей эндотоксинов) вносили на каждую из MNA на производственных литьевых формах из PDMS, и производственные литьевые формы центрифугировали в течение 1 мин при 20°C и со скоростью 4500 об/мин, чтобы заполнить полости в форме микроигл. После того, как производственные литьевые формы заполнялись, из резервуара извлекали избыточный раствор OVA. Производственные литьевые формы снова центрифугировали в течение 30 мин при 20°C и со скоростью 4500 об/мин, чтобы обеспечить нахождение нагрузки OVA на участке острия полостей в форме микроигл в производственных литьевых формах.[0104] Finally, 5 μl of OVA solution (25 mg/ml OVA in endotoxin-free water) was applied to each of the MNAs on the production PDMS injection molds, and the production injection molds were centrifuged for 1 minute at 20°C and speed of 4500 rpm to fill the microneedle-shaped cavities. After the production injection molds were filled, excess OVA solution was removed from the reservoir. The production injection molds were again centrifuged for 30 min at 20°C and 4500 rpm to ensure that the OVA load was located at the tip region of the microneedle cavities in the production injection molds.
[0105] В случае MNA, включающих OVA+Poly(I:C), после заполнения OVA, 5 мкл раствора Poly(I:C) (62,5 мг/мл Poly(I:C) в воде, не содержащей эндотоксинов) вносили на каждую из MNA на производственных литьевых формах из PDMS, и производственные литьевые формы центрифугировали в течение 1 мин при 20°C и со скоростью 4500 об/мин, чтобы заполнить полости в форме микроигл. После того, как производственные литьевые формы заполнялись, из резервуара извлекали избыточный раствор Poly(I:C). Производственные литьевые формы снова центрифугировали в течение 30 мин при 20°C и со скоростью 4500 об/мин, чтобы обеспечить также нахождение нагрузки Poly(I:C) на пирамидальном участке полостей в форме микроигл в производственных литьевых формах. После помещения бионагрузок в остриях микроигл, 40 мкг гидрогеля (30% по массе композиции 70:30 CMC:Treh) закладывали на каждую из MNA на производственных литьевых формах из PDMS, чтобы заполнить геометрические формы микроигл в производственных литьевых формах и сформировать подложки MNA. Затем производственные литьевые формы, заполненные гидрогелем, центрифугировали в течение 5 ч при 20°C и со скоростью 4500 об/мин, чтобы получить растворяющиеся MNA, содержащие 10 мкг OVA±25 мкг Poly(I:C). Благодаря специальной геометрии производственных литьевых форм MNA, на каждой операции изготовления реплик одновременно получали шесть матриц в виде растворяющихся MNA, содержащих OVA±Poly(I:C).[0105] For MNAs including OVA+Poly(I:C), after loading with OVA, 5 μl of Poly(I:C) solution (62.5 mg/ml Poly(I:C) in endotoxin-free water) applied to each of the MNAs on production PDMS injection molds, and the production injection molds were centrifuged for 1 min at 20°C and 4500 rpm to fill the microneedle-shaped cavities. After the production injection molds were filled, excess Poly(I:C) solution was removed from the reservoir. The production injection molds were again centrifuged for 30 min at 20°C and 4500 rpm to ensure that the Poly(I:C) load was also located on the pyramidal portion of the microneedle cavities in the production injection molds. After placing the bioburdens into the microneedle tips, 40 μg of hydrogel (30% by weight of the 70:30 CMC:Treh formulation) was loaded onto each of the MNAs on production PDMS injection molds to fill the geometric shapes of the microneedles in the production injection molds and form the MNA substrates. The hydrogel-filled production injection molds were then centrifuged for 5 h at 20°C and 4500 rpm to obtain dissolving MNAs containing 10 μg OVA ± 25 μg Poly(I:C). Due to the special geometry of the MNA production injection molds, each replica manufacturing operation simultaneously produced six matrices in the form of dissolving MNAs containing OVA±Poly(I:C).
[0106] Для демонстрации изготовления растворяющихся MNA, содержащих микроиглы с поднутрениями, из другого водорастворимого материала, (т.е. возможных материалов), для изготовления MNA с разными бионагрузками использовали также биорастворимую полимерную композицию из поливинилпирролидона (PVP) и поливинилового спирта (PVA) (40% по весу композиции 60:40 PVP:PVA). Чтобы оценить геометрическую целостность новых микроигл с элементами поднутрения, методом светлопольной оптической микроскопии получали изображения изготовленных базовых MNA, реплик MNA, эластомерных производственных литьевых форм MNA и растворяющихся MNA, содержащих OVA± Poly(I:C).[0106] To demonstrate the fabrication of dissolvable MNAs containing undercut microneedles from other water-soluble material (i.e., possible materials), a biosoluble polymer composition of polyvinylpyrrolidone (PVP) and polyvinyl alcohol (PVA) was also used to fabricate MNAs with different bioburdens. (40% by weight of 60:40 PVP:PVA composition). To evaluate the geometric integrity of the new undercut microneedles, bright-field optical microscopy images were obtained of fabricated base MNAs, replica MNAs, elastomeric production MNA injection molds, and dissolving MNAs containing OVA± Poly(I:C).
[0107] Кожная доставка с использованием примерных MNA[0107] Dermal delivery using exemplary MNAs
[0108] Приготовление ex vivo эксплантатов человеческой кожи. Эксплантаты человеческой кожи приготавливали от деидентифицированных здоровых доноров, подвергавшихся пластической операции, получали через учреждение Pitt Biospecimen Core и использовали в соответствии с руководством Медицинского центра питтсбургского университета. Ткань промывали в 70% этаноле и затем в фосфатно-солевом буферном растворе (PBS). Эксплантаты человеческой кожи (толщиной около 1 мм) брали для исследования с использованием миниатюрного ножа Silver для пересадки кожи (Padgett, Integra Miltex, Плейнсборо, шт. Нью-Джерси) и затем разрезали на квадратные лоскуты 20 мм × 20 мм. Полученные образцы человеческой кожи состояли из неизмененной эпидермы и тонкого слоя подстилающей дермы и поддерживались в качестве эксплантатов в нормальном физиологическом состоянии культурой на границе раздела воздуха и текучей среды.[0108] Preparation of ex vivo human skin explants. Human skin explants were prepared from deidentified healthy plastic surgery donors, obtained through the Pitt Biospecimen Core facility, and used in accordance with the University of Pittsburgh Medical Center guidelines. The tissue was washed in 70% ethanol and then in phosphate-buffered saline (PBS). Human skin explants (approximately 1 mm thick) were harvested for examination using a miniature Silver skin grafting knife (Padgett, Integra Miltex, Plainsboro, NJ) and then cut into 20 mm × 20 mm square flaps. The resulting human skin samples consisted of intact epidermis and a thin layer of underlying dermis and were maintained as explants in a normal physiological state by air-fluid interface culture.
[0109] Анализ изображений. Для оценки внутрикожной доставки биоактивных материалов (например, вакцины) из MNA в живые эксплантаты человеческой кожи, выполнили несколько анализов изображений. По вышеописанной методике изготовили CMC/Treh-MNA, с содержащими лекарство остриями, включающими окрашенную нагрузку (т.е. краситель Allura Red R40). Перед применением MNA на эксплантатах человеческой кожи получили изображения MNA с использованием метода светлопольной оптической микроскопии.[0109] Image analysis. To evaluate the intradermal delivery of bioactive materials (eg, vaccines) from MNA into living human skin explants, several image analyzes were performed. Using the above procedure, CMC/Treh-MNA was prepared with drug-loaded tips incorporating a dyed load (ie, Allura Red R40). Before using MNA on human skin explants, MNA images were obtained using a bright-field optical microscopy technique.
[0110] Затем, MNA накладывали на эксплантаты человеческой кожи и снимали через 10 мин. После этого, целевые области человеческой кожи исследовали под светлопольным микроскопов для получения изображений картин осаждения в человеческую кожу окрашенной бионагрузки из CMC/Treh-MNA. Материалы, остающиеся в MNA, также визуализировали методом оптической микроскопии после применения на человеческой коже. Для дополнительной количественной оценки внутрикожной доставки вакцины из MNA в человеческую кожу изготовили CMC/Treh-MNA, которые включали как OVA, помеченный с помощью Alexa555, так и Poly(I:C), помеченный с помощью Alexa488, внедряли эти матрицы в человеческую кожу на 10 мин и извлекали. Затем эксплантаты человеческой кожи анализировали гистологическим методом. Вкратце, образцы человеческой кожи, прошедшие процедуру с MNA, фиксировали в 2% параформальдегиде, после чего вымачивали в растворе сахарозы, с 3 сменами данного раствора, в течение 24 ч. Затем тканевые срезы быстро замораживали в гистологическом соединении с оптимальной температурой резания (OCT) и криосекционировали на срезы толщиной около 10 мкм. Срезанные образцы человеческой кожи контрастно окрашивали ядерным флуоресцентным красителем DAPI (4',6-диамидино-2-фенилиндолом). Затем получали изображения окрашенных срезов с помощью просвечивающего флуоресцентного микроскопа Nikon, чтобы обнаружить OVA с Alexa555 и Poly(I:C) с Alexa488 в поперечных срезах человеческой кожа, а также с помощью светлопольного микроскопа, чтобы лучше показать проход сквозь роговой слой эпидермы.[0110] MNA was then applied to human skin explants and removed after 10 minutes. Thereafter, target areas of human skin were examined under bright-field microscopes to obtain images of deposition patterns of the stained CMC/Treh-MNA bioburden into human skin. Materials remaining in the MNA were also visualized by optical microscopy after application to human skin. To further quantify intradermal MNA vaccine delivery into human skin, CMC/Treh-MNAs were prepared that included both Alexa555-labeled OVA and Alexa488-labeled Poly(I:C) and incorporated these matrices into human skin at 10 minutes and removed. The human skin explants were then analyzed histologically. Briefly, human skin samples treated with MNA were fixed in 2% paraformaldehyde and then soaked in sucrose solution, with 3 changes of this solution, for 24 hours. Tissue sections were then quickly frozen in histological compound at optimal cutting temperature (OCT). and cryosectioned into sections approximately 10 µm thick. Sectioned human skin samples were counterstained with the nuclear fluorescent dye DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole). The stained sections were then imaged using a Nikon fluorescence transmission microscope to detect OVA with Alexa555 and Poly(I:C) with Alexa488 in cross sections of human skin, and also with a bright field microscope to better show the passage through the stratum corneum of the epidermis.
[0111] Кожная иммунизация in vivo с помощью MNA[0111] In vivo cutaneous immunization with MNA
[0112] Содержание мышей и животных. Самок мышей C57BL/6J приобрели в лаборатории Jackson Laboratory (Бар Харбор, шт. Мэн) и использовали в возрасте 8-10 недель. Мышей содержали в специальных непатогенных условиях в Питтсбургском университете, и все эксперименты проводили в соответствии с руководством Институционального комитета по уходу и использованию животных (IACUC).[0112] Keeping mice and animals. Female C57BL/6J mice were purchased from Jackson Laboratory (Bar Harbor, Maine) and used at 8–10 weeks of age. Mice were maintained under specific pathogen-free conditions at the University of Pittsburgh, and all experiments were performed in accordance with Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) guidelines.
[0113] Визуализация in vivo по технологии IVIS. Внутрикожную доставку вакцины in vivo с помощью новых растворяющихся MNA продемонстрировали на мыши C57BL/6J. CMC/Treh-MNA с содержащими лекарство остриями, включающие как OVA, помеченный с помощью Alexa555, так и Poly(I:C), помеченный с помощью Alexa488, изготавливали по вышеописанной технологии и накладывали на живот мыши, которую временно анестезировали ингаляцией фторированного простого эфира в течение 10 мин. Затем, MNA снимали, и мышь возвращали в нормальное активное состояние. Изображения MNA, содержащих OVA+Poly(I:C), получали до и после применения in vivo. Изображения мыши, прошедшей процедуру с MNA, получали с помощью систем визуализации in vivo IVIS 200 (PerkinElmer), с использованием фильтров для анализа на флуоресцентно меченые Poly(I:C) и OVA в месте накладывания MNA. Изображение подвергали постобработке с использованием программного обеспечения Living Image (PerkinElmer).[0113] In vivo imaging using IVIS technology. In vivo intradermal vaccine delivery using novel dissolving MNAs was demonstrated in the C57BL/6J mouse. CMC/Treh-MNA with drug-containing tips, including both OVA labeled with Alexa555 and Poly(I:C) labeled with Alexa488, were prepared using the technology described above and applied to the abdomen of a mouse that was temporarily anesthetized by inhalation of fluorinated ether within 10 min. Next, the MNA was removed and the mouse was returned to its normal active state. Images of MNAs containing OVA+Poly(I:C) were obtained before and after in vivo application. Images of mice treated with MNA were acquired using IVIS 200 in vivo imaging systems (PerkinElmer), using filters to analyze for fluorescently labeled Poly(I:C) and OVA at the site of MNA application. The image was post-processed using Living Image software (PerkinElmer).
[0114] Клеточно-опосредованные и гуморальные иммунные ответы. Для демонстрации кожной вакцинации с помощью новых MNA, с содержащими лекарство остриями, CMC/Treh-MNA, включающие 10 мкг OVA±25 мкг Poly(I:C) подготовили, как описано выше. Мышей иммунизировали методом кожной вакцинации с помощью MNA (10 мкг OVA±25 мкг Poly(I:C), при этом MNA накладывали на правую и левую стороны живота, по две MNA на мышь), или методом двух внутримышечных инъекций 10 мкг OVA в растворе PBS в икроножную мышцу задней конечности или оставляли без терапии (т.е. не использовали в опытах). Иммунизации выполняли в 0 и 7 сутки в качестве первичной и дополнительной доз, соответственно. Затем мышей анализировали на in vivo OVA-специфическую цитотоксическую активность T-клеток и OVA-специфический гуморальный иммунный ответ через 5 суток после дополнительной доз, с использованием общепринятых методов.[0114] Cell-mediated and humoral immune responses. To demonstrate skin vaccination with the novel MNAs, with drug-loaded tips, CMC/Treh-MNAs incorporating 10 μg OVA ± 25 μg Poly(I:C) were prepared as described above. Mice were immunized by skin vaccination with MNA (10 μg OVA ± 25 μg Poly(I:C), with MNA applied to the right and left sides of the abdomen, two MNAs per mouse), or by two intramuscular injections of 10 μg OVA in solution PBS was injected into the gastrocnemius muscle of the hind limb or left without treatment (i.e., not used in the experiments). Immunizations were performed on days 0 and 7 as primary and additional doses, respectively. Mice were then analyzed for in vivo OVA-specific T-cell cytotoxic activity and OVA-specific humoral immune response 5 days after supplemental dosing using conventional methods.
[0115] Для анализа на OVA-специфический гуморальный иммунный ответ, из анестезированных мышей брали кровь в момент умерщвления посредством пункции сердца, и выделяли сыворотку с использованием сывороточного сепаратора BD Microtainer (BD Biosciences, Сан-Хосе, шт. Калифорния). Содержание OVA-специфических антител IgG1 и IgG2c в сыворотке измеряли посредством непрямых твердофазных иммуноферментных анализов (ELISA). Планшеты Costar для EIA/RIA (иммунноферментного анализа /радиоиммунного анализа) (Corning Inc., Корнинг, шт. Нью-Йорк) покрывали OVA (100 мкг/мл в 0,5-M карбонатно-бикарбонатном буфере, с уровнем pH 9,6; Sigma) посредством инкубации в течение всей ночи при 4°C. Планшеты промывали (3-кратно) 0,05% растворов Tween20 в PBS и закупоривали 1% козьей сывороткой в PBS на 1 час при 37°C. Пробы сыворотки и стандартные пробы (IgG1 к OVA от Cayman Chemical, Энн-Арбор, шт. Мичиган; IgG2c к OVA от Chondrex, Редмонд, шт. Вашингтон) разбавляли 1% козьей сывороткой, добавляли на планшеты и инкубировали 2 часа при 37°C. После промывки (3-кратной), планшеты инкубировали в течение 1 часа при 37°C с биотинилированными вторичными антителами (козьими антителами к IgG1 или IgG2c мыши, 1:20000 в 1% козьей сыворотке; Jackson ImmunoResearch, Вест-Гроув, шт. Пенсильвания). Затем планшеты промывали (3-кратно) и инкубировали в течение 30 мин со стрептавидином-HRP (1:1000 в 1% козьей сыворотке; BD Biosciences). Планшеты снова промывали (3-кратно) и инкубировали при комнатной температуре с субстратом из 4,4’,5,5’-тетраметилбензидина (TMB) пероксидазы (Sigma) в течение 2-3 минут, и реакцию гасили 1,0-M раствором H2SO4. Для всех ELISA, поглощение на длине волны 450 нм (OD450) замеряли с помощью спектрофотометра SpectraMax 340PC для прочтения планшетов (Molecular Devices, Саннивейл, шт. Калифорния), и концентрации в сыворотке вычисляли по стандартным кривым.[0115] To analyze the OVA-specific humoral immune response, anesthetized mice were bled at the time of sacrifice by cardiac puncture and serum was isolated using a BD Microtainer serum separator (BD Biosciences, San Jose, Calif.). Serum OVA-specific IgG1 and IgG2c antibodies were measured by indirect enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA). Costar EIA/RIA plates (Corning Inc., Corning, NY) were coated with OVA (100 μg/ml in 0.5 M carbonate-bicarbonate buffer, pH 9.6 ; Sigma) by overnight incubation at 4°C. The plates were washed (3×) with 0.05% Tween20 in PBS and sealed with 1% goat serum in PBS for 1 hour at 37°C. Serum and standard samples (anti-OVA IgG1 from Cayman Chemical, Ann Arbor, MI; anti-OVA IgG2c from Chondrex, Redmond, WA) were diluted in 1% goat serum, added to the plates, and incubated for 2 hours at 37°C. . After washing (3×), plates were incubated for 1 hour at 37°C with biotinylated secondary antibodies (goat anti-mouse IgG1 or IgG2c, 1:20,000 in 1% goat serum; Jackson ImmunoResearch, West Grove, PA ). The plates were then washed (3×) and incubated for 30 min with streptavidin-HRP (1:1000 in 1% goat serum; BD Biosciences). The plates were washed again (3x) and incubated at room temperature with 4,4',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) peroxidase substrate (Sigma) for 2-3 minutes, and the reaction was quenched with 1.0-M solution H2SO4. For all ELISAs, absorbance at 450 nm (OD450) was measured using a SpectraMax 340PC plate reader (Molecular Devices, Sunnyvale, CA), and serum concentrations were calculated from standard curves.
[0116] Для оценки OVA-специфической цитотоксической активности T-клеток, спленоциты от мышей, не использованных в опытах, сенсибилизировали раствором 2 мкг/мл пептида OVA257-264 (SIINFEKL) или оставляли несенсибилизированными в течение 1 часа. Спленоциты, сенсибилизированные антигеном, промывали и окрашивали высококонцентрированным раствором сукцинимидилового эфира карбоксифлуоресцеина (CFSE, 10 мкМ), а несенсибилизированные спленоциты метили низкоконцентрированным CFSE (1 мкМ) в течение 15 мин при 37°C. Смесь 1:1 из сенсибилизированных клеток-мишеней и несенсибилизированных контрольных клеток (по 107 каждой) вводили внутривенно (IV) иммунизированным мышам и мышам, не использованных в опытах. Через двадцать четыре часа после адоптивного переноса отделяли селезенки мышей, и лизис клеток-мишеней оценивали путем сравнения сенсибилизированных антигеном и несенсибилизированных популяций методом проточной цитометрии, чтобы количественно определить OVA-специфический лизис SIINFEKL-сенсибилизированных клеток-мишеней, меченных высококонцентрированным раствором CFSE. Специфический лизис вычисляли и выражали в процентах от максимального лизиса в виде % Лизис={1 − [(среднее отношение CFSEнизкоконцентрированный/CFSEвысококонцентрированный у невакцинированных мышей/(отношение CFSEнизкоконцентрированный/CFSEвысококонцентрированный у вакцинированной мыши)]} × 100.[0116] To assess OVA-specific cytotoxic activity of T cells, splenocytes from mice not used in the experiments were sensitized with a solution of 2 μg/ml OVA257-264 peptide (SIINFEKL) or left unsensitized for 1 hour. Antigen-sensitized splenocytes were washed and stained with high-concentration carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE, 10 μM), and nonsensitized splenocytes were labeled with low-concentration CFSE (1 μM) for 15 min at 37°C. A 1:1 mixture of sensitized target cells and non-sensitized control cells (107 each) was injected intravenously (IV) into immunized mice and mice not used in the experiments. Twenty-four hours after adoptive transfer, mouse spleens were removed and target cell lysis was assessed by comparing antigen-sensitized and non-sensitized populations by flow cytometry to quantify OVA-specific lysis of SIINFEKL-sensitized target cells labeled with a high-concentration CFSE solution. Specific lysis was calculated and expressed as a percentage of maximum lysis as % Lysis = {1 − [(average CFSElow/CFSEhigh ratio in unvaccinated mice/(CFSElow/CFSEhigh ratio in vaccinated mouse)]} × 100.
[0117] Внутрикожное и некожное применения[0117] Intradermal and non-dermal applications
[0118] В дополнение к кожной вакцинации, MNA, описанные в настоящей заявке, можно использовать в широком диапазоне применений для внутрикожной и некожной (например, в глазную и сердечную ткани) доставки лекарств. Как показано на фиг.7A-D, представляющую интерес бионагрузку можно поместить на самом острие микроигл в процессе центробежного литья (т.е. на участке пирамиды), или вся пирамидальная область может быть заполнена бионагрузкой в зависимости от требований к дозе. Фиг.7A представляет PVP/PVA-MNA, содержащие декстран (с молекулярной массой около 40 кДа), окрашенный техасским красным, на остриях микроигл, а фиг.7B представляет CMC/Treh-MNA, содержащие краситель Allura Red R40 (с молекулярной массой около 500 кДа) в пирамидальной области микроигл.[0118] In addition to skin vaccination, the MNAs described herein can be used in a wide range of applications for intradermal and nondermal (eg, ocular and cardiac tissue) drug delivery. As shown in FIGS. 7A-D, the bioburden of interest can be placed at the very tip of the microneedles during the centrifugal casting process (ie, the pyramid region), or the entire pyramidal region can be filled with bioburden depending on dose requirements. FIG. 7A shows PVP/PVA-MNA containing dextran (molecular weight about 40 kDa) stained with Texas Red on microneedle tips, and FIG. 7B shows CMC/Treh-MNA containing Allura Red R40 dye (molecular weight about 500 kDa) in the pyramidal region of the microneedles.
[0119] Кроме того, для изготовления высококачественных MNA с микроиглами с поднутрениями, которые включают несколько нагрузок в их пирамидальных областях можно выполнить несколько повторяемых этапов центробежного литья (фиг.7C и 7D). Фиг.7C представляет PVP/PVA-MNA с содержащими лекарство остриями, включающие несколько нагрузок, например, декстран, окрашенный техасским красным, и краситель Allura Red R40, и фиг.7D представляет PVP/PVA-MNA с содержащими лекарство остриями, включающие несколько нагрузок, например, декстран, окрашенный техасским красным, и микрочастицы (со средним диаметром 10 мкм) PLGA, помеченные с помощью Alexa488.[0119] Additionally, multiple repeatable centrifugal casting steps can be performed to produce high-quality MNAs with undercut microneedles that incorporate multiple loads in their pyramidal regions (FIGS. 7C and 7D). FIG. 7C represents PVP/PVA-MNA with drug-containing tips including multiple loads, e.g., Texas Red-stained dextran and Allura Red R40, and FIG. 7D represents PVP/PVA-MNA with drug-containing tips including multiple loads. , such as Texas Red-stained dextran and Alexa488-labeled PLGA microparticles (average diameter 10 μm).
[0120] По существу, предложенные подхлж и новые конструкции MNA являются совместимыми с моно- и комбинированной терапиями в нескольких вариантах кожных и некожных применений. Важно отметить, что одни и те же производственные литьевые формы можно использовать для эффективного изготовления растворяющихся MNA с микроиглами с поднутрениями в течение нескольких циклов (например, фиг.7A и 7C изображают MNA, полученные после, соответственно, первого и двенадцатого циклов с использованием одинаковой технологии). Важно отметить, что в настоящем исследовании показаны применения MNA, содержащих одну нагрузку (OVA) и несколько нагрузок (OVA+Poly(I:C)), для кожной вакцинации in vivo.[0120] As such, the proposed subsurface and novel MNA designs are compatible with mono- and combination therapies in several dermal and non-dermal applications. It is important to note that the same production injection molds can be used to efficiently produce dissolving MNAs with undercut microneedles over multiple cycles (e.g., Figures 7A and 7C depict MNAs produced after the first and twelfth cycles, respectively, using the same technology ). Importantly, the present study demonstrates the applications of single-load (OVA) and multiple-load (OVA+Poly(I:C)) MNAs for in vivo skin vaccination.
[0121] Аддитивная технология изготовления или 3D-печать, применяемая в системах и способах, описанных в настоящей заявке, обеспечивает точное и воспроизводимое изготовление сложных 3D геометрических форм, без конструктивных ограничений, и предлагает высокую степень гибкости и контроля проектирования. При использовании описанных здесь систем и способов, возможно сокращение времени с проектирования по изготовление для оптимальных специализированных систем доставки лекарств.[0121] Additive manufacturing technology, or 3D printing, used in the systems and methods described in this application allows for the accurate and repeatable production of complex 3D geometric shapes, without design restrictions, and offers a high degree of flexibility and design control. By using the systems and methods described herein, it is possible to reduce design to manufacturing time for optimal custom drug delivery systems.
[0122] Разнообразные геометрические формы игл[0122] Various geometric shapes of needles
[0123] Как описано выше, системы и способы, раскрытые в настоящей заявке, предлагают беспрецедентный уровень гибкости проектирования конструкций MNA. Для демонстрации диапазона геометрических возможностей прямой лазерной 3D-запись изготовили конструкции микроигл с разнообразными геометрическими формами.[0123] As described above, the systems and methods disclosed herein offer an unprecedented level of design flexibility for MNA structures. To demonstrate the range of geometric capabilities of direct laser 3D writing, microneedle structures with a variety of geometric shapes were fabricated.
[0124] Фиг.8A-8B показывают, что данная технология позволяет изготавливать микроиглы с геометрическими формами в широком диапазоне и с высокой точностью, с целью оптимизации соответственно применению. К тому же, как показано на фиг.8A-8B, это допускает изменение конструкций в широком диапазоне, включая высоту, ширину, угол при вершине и геометрию микроигл, без потребности в сложных и специальных этапах технологической обработки. По существу, данная технология прокладывает путь к проектированию и изготовлению уникальных конструкций MNA для специальных применений.[0124] FIGS. 8A-8B show that this technology can produce microneedles with geometric shapes in a wide range and with high precision, in order to optimize according to the application. Additionally, as shown in FIGS. 8A-8B, it allows designs to be varied over a wide range, including height, width, apex angle, and microneedle geometry, without the need for complex and special processing steps. As such, this technology paves the way for the design and manufacture of unique MNA structures for specialized applications.
[0125] Внутрикожная доставка вакцины из MNA в человеческую кожу.[0125] Intradermal delivery of MNA vaccine to human skin.
[0126] Для оценки характеристик кожной доставки бионагрузок из MNA с иглами с поднутрениями изготовили MNA с содержащими лекарство остриями и красителем Allura Red R40, с использованием представленных методов изготовления. Эксплантаты человеческой кожи подготавливали, как описано выше. MNA, содержащие краситель Allura Red R40, налагали на эксплантаты живой человеческой кожи и снимали через 10 мин. Изображения упомянутых MNA до (фиг.9A) и после (фиг.9B) накладывания демонстрировали высокое качество MNA и полное растворение микроигл, соответственно. Соответствующие отложения нагрузки, внедренной в MNA, (например, красителя Allura Red R40) в целевой коже показаны на фиг.9C.[0126] To evaluate the dermal delivery characteristics of bioburdens from MNAs with undercut needles, MNAs with drug-containing tips and Allura Red R40 dye were fabricated using the presented fabrication methods. Human skin explants were prepared as described above. MNAs containing Allura Red R40 dye were applied to living human skin explants and removed after 10 min. Images of these MNAs before (Figure 9A) and after (Figure 9B) application demonstrated high MNA quality and complete dissolution of the microneedles, respectively. Corresponding MNA-embedded load deposits (eg, Allura Red R40) in the target skin are shown in Figure 9C.
[0127] Успешная доставка вакцины через роговой слой эпидермы в кожные микросреды с иммунными клетками имеет огромное значение для эффективной внутрикожной иммунизации. Для анатомической оценки доставки OVA и Poly(I:C) в человеческую кожу, CMC/Treh-MNA, содержащие как OVA, помеченного с помощью Alexa555, так и Poly(I:C), помеченного с помощью Alexa488, налагали на эксплантаты человеческой кожи на 10 мин и затем снимали. Целевую человеческую кожу криосекционировали и визуализировали с помощью просвечивающего флуоресцентного микроскопа Nikon. Гистология продемонстрировала микроигл, проникающие сквозь эпидерму в дерму (фиг.9G), и доставку флуоресцентно меченых OVA и Poly(I:C) в целевые человеческие кожные микросреды (фиг.9D-I: окраска ядерным красителем DAPI, Poly(I:C), помеченный с помощью Alexa488, OVA, помеченный с помощью Alexa555, светлое поле, наложение 3 разных флуоресцентных цветов, объединенное изображение всех флуоресцентных изображений со светлопольным изображением, соответственно). На фиг.9D-I, масштабные линейки соответствуют 100 мкм.[0127] Successful delivery of the vaccine through the stratum corneum of the epidermis into the skin microenvironment with immune cells is of great importance for effective intradermal immunization. To anatomically assess the delivery of OVA and Poly(I:C) to human skin, CMC/Treh-MNA containing both Alexa555-labeled OVA and Alexa488-labeled Poly(I:C) were applied to human skin explants. for 10 minutes and then removed. Target human skin was cryosectioned and imaged using a Nikon fluorescence transmission microscope. Histology demonstrated microneedles penetrating through the epidermis into the dermis (Figure 9G) and delivery of fluorescently labeled OVA and Poly(I:C) to targeted human skin microenvironments (Figure 9D-I: DAPI nuclear stain, Poly(I:C) , tagged with Alexa488, OVA tagged with Alexa555, brightfield, overlay of 3 different fluorescent colors, merged image of all fluorescent images with brightfield image, respectively). In Fig. 9D-I, scale bars correspond to 100 μm.
[0128] Совместно, данные изображения предполагают, что предлагаемые уникальные MNA выполняли требования к геометрии (т.е. остроконечные острия и гладкие кромки) и механической прочности для безопасного проникновения в человеческую кожу (т.е. прохода сквозь роговой слой эпидермы и живую эпидерму epidermis) и требования к материалам для эффективного растворения в водной среде кожи, и, следовательно, представляют платформу для эффективной кожной доставки лекарств и вакцин.[0128] Together, these images suggest that the proposed unique MNAs met the geometry (i.e., sharp points and smooth edges) and mechanical strength requirements for safe penetration of human skin (i.e., passage through the stratum corneum and living epidermis epidermis) and material requirements for effective dissolution in the aqueous environment of the skin, and therefore provide a platform for effective dermal delivery of drugs and vaccines.
[0129] Кожная иммунизация in vivo из MNA[0129] In vivo cutaneous immunization from MNA
[0130] Для исследования внутрикожной доставки in vivo вакцины в мышей с использованием новых MNA были изготовлены, как описано выше, CMC/Treh-MNA с высокоточными микроиглами с поднутрениями, содержащие как OVA, помеченный с помощью Alexa555, так и Poly(I:C), помеченный с помощью Alexa488. Перед применением получили изображения MNA, содержащих OVA с Alexa555+Poly(I:C), методом светлопольной оптической микроскопии и эпифлюоресцентной микроскопии (фиг.10A). Затем MNA накладывали на мышь и снимали через 10 мин. С использованием светлопольной оптической микроскопии получили также изображение остающегося материала в MNA после накладываний (фиг.10B). Изображения мышей, прошедших процедуру с MNA, получали с использованием системы IVIS 200 для визуализации живых животных, с фильтрами как для Poly(I:C) с Alexa488, так и для OVA с Alexa555. Совместная доставка Poly(I:C) и OVA из MNA показана на фиг.10C и 10D, соответственно. Вместе взятые, упомянутые изображения продемонстрировали успешное применение in vivo новых MNA на мышах и, в свою очередь, эффективную кожную доставку лекарств и вакцин из MNA, с использованием новых конструкций MNA.[0130] To study in vivo intradermal vaccine delivery in mice using the novel MNAs, CMC/Treh-MNAs with precision undercut microneedles containing both Alexa555-labeled OVA and Poly(I:C) were fabricated as described above ), tagged with Alexa488. Before use, MNAs containing OVA with Alexa555+Poly(I:C) were imaged by bright-field optical microscopy and epifluorescence microscopy (Figure 10A). MNA was then applied to the mouse and removed after 10 min. Using bright field optical microscopy, the remaining material in the MNA after overlays was also imaged (FIG. 10B). Images of MNA-treated mice were acquired using an IVIS 200 live animal imaging system, with filters for both Poly(I:C) with Alexa488 and OVA with Alexa555. Co-delivery of Poly(I:C) and OVA from MNA is shown in Figures 10C and 10D, respectively. Taken together, the above images demonstrated the successful in vivo application of the novel MNAs in mice and, in turn, the effective cutaneous delivery of MNA drugs and vaccines using the novel MNA constructs.
[0131] После демонстрации успешной внутрикожной доставки вакцин in vivo, авторы изобретения специально оценили иммунногенность антигена±адьюванта, содержащихся в MNA, и сравнили иммунизацию с использованием MNA с вакцинацией с использованием клинически распространенного метода внутримышечных (IM) инъекций. С этой целью изготовили CMC/Treh-MNA с 10 мкг OVA±25 мкг Poly(I:C) в каждой MNA, как описано выше. Авторы изобретения и другие исследователи ранее показали, что растворяющиеся белки, объединенные в MNA, поддерживали их целостность. Для иммунизации выполняли режим вакцинации, описанный в разделе способов, для иммунизации мышей как внутримышечно, так и из MNA, через отделы на животе. Ответные реакции OVA-специфических цитотоксических T-клеток (CTL) и антител количественно определяли с использованием стандартного литического анализа in vivo и ELISA, соответственно. Кожная вакцинация с помощью MNAs вызывала надежные антиген-специфические клеточные иммунные ответы (фиг.11A-B). Как и ожидалось, из мышей, не использованных в опытах или неиммунизированных, выделяли эквивалентные количества антиген-сенсибилизированных (CFSEвысокая концентрация) клеток-мишеней и несенсибилизированных (CFSEнизкая концентрация) клеток-мишеней (фиг.11A), что свидетельствует об отсутствии антиген-специфической цитолитической активности. Напротив, специфический лизис антиген-сенсибилизированных клеток-мишеней резко усиливался в иммунизированных мышах, как показано сниженной выживаемостью OVA-сенсибилизированных мишеней по сравнению с несенсибилизированными мишенями. В частности, в то время, как у внутримышечно OVA-иммунизированных мышей наблюдались минимальные различия между выделениями двух популяций (фиг.11A), мыши, иммунизированные OVA из MNA, демонстрировали более интенсивный OVA-специфический лизис in vivo, при значительно (по сравнению с внутримышечным введением OVA) меньшем выживании и выделении OVA-сенсибилизированных мишеней, чем несенсибилизированных мишеней (фиг.11A). Иммунизация с помощью OVA+Poly(I:C) дополнительно повышала эффективность вакцинации (фиг.11A). Количественное определение антиген-специфического лизиса стандартными методами подтвердило, что иммунизация с использованием MNA вызывала сильный иммунитет, создаваемый CTL (цитотоксическими T-клетками), (фиг.11B), который дополнительно усиливался включением адьюванта Poly(I:C). Внутримышечная иммунизация вызывала слабые ответы по сравнению с неиммунизированными контрольными образцами. В сочетании, приведенные результаты показали, что упомянутые MNA могут эффективно доставлять антигены±адьюванты в микросреды с APC (антиген-презентирующими клетками) внутри кожи, чтобы вызывать сильные иммунные ответы, создаваемый CTL.[0131] Following the demonstration of successful intradermal delivery of vaccines in vivo, we specifically assessed the immunogenicity of the antigen±adjuvant contained in MNA and compared immunization using MNA with vaccination using the clinically common intramuscular (IM) injection method. To this end, CMC/Treh-MNAs were prepared with 10 μg OVA ± 25 μg Poly(I:C) in each MNA as described above. The inventors and other researchers had previously shown that soluble proteins bundled into MNAs maintained their integrity. For immunization, the vaccination regimen described in the methods section was performed to immunize mice both intramuscularly and from MNA via abdominal sites. OVA-specific cytotoxic T cell (CTL) and antibody responses were quantified using a standard in vivo lytic assay and ELISA, respectively. Skin vaccination with MNAs induced robust antigen-specific cellular immune responses (FIG. 11A-B). As expected, equivalent amounts of antigen-sensitized (CFSE high) target cells and non-sensitized (CFSE low) target cells were recovered from naïve or nonimmunized mice (Figure 11A), indicating the absence of antigen-specific cytolytic activity. In contrast, specific lysis of antigen-sensitized target cells was dramatically enhanced in immunized mice, as shown by the reduced survival of OVA-sensitized targets compared with nonsensitized targets. Specifically, while intramuscularly OVA-immunized mice showed minimal differences between the secretions of the two populations (Fig. 11A), mice immunized with MNA OVA exhibited greater OVA-specific lysis in vivo, with significantly less intramuscular injection of OVA) showed less survival and release of OVA-sensitized targets than non-sensitized targets (Fig. 11A). Immunization with OVA+Poly(I:C) further increased vaccination efficiency (Fig. 11A). Quantitative determination of antigen-specific lysis by standard methods confirmed that immunization with MNA induced strong CTL (cytotoxic T cell) immunity (Fig. 11B), which was further enhanced by the inclusion of Poly(I:C) adjuvant. Intramuscular immunization produced weaker responses compared to unimmunized controls. In combination, the above results showed that these MNAs can effectively deliver antigens ± adjuvants into microenvironments with APCs (antigen presenting cells) inside the skin to induce strong immune responses generated by CTL.
[0132] Кроме иммунитета, создаваемого CTL, кожная вакцинация с помощью MNA вызывала надежные антиген-специфические гуморальные иммунные ответы (фиг.11C). Хотя вакцинация мышей как с помощью MNA, и внутримышечно приводила к образованию IgG, мыши, вакцинированные растворяющимися MNA, имели значительно более высокие титры IgG, что показывает важность технологии MNA для работ по иммунизации. И наконец, представленные новые MNA обеспечивают уникальную возможность для специфической и точной доставки заложенных антигена±адьюванта в заданные микросреды внутри кожи. Например, авторы изобретения и другие исследователи показали, что кожа содержит большое количество дендритных клеток и других антиген-презентирующих клеток (APC), определяющих вакцинальную стимуляцию иммунной системы. Следовательно, прицельно воздействие на кожные APC с помощью MNA может быть эффективной стратегией для вакцинации в общем и, в частности, для вызова клеточно-опосредованных иммунных ответов, включая иммунные реакции цитотоксических T-клеток (CTL), важные для предотвращения или лечения многих инфекционных заболеваний и рака. По существу, предлагаемая технология MNA могла предоставлять возможности, подходящие для множества стратегий вакцинации.[0132] In addition to the immunity provided by CTL, cutaneous vaccination with MNA induced robust antigen-specific humoral immune responses (FIG. 11C). Although vaccination of mice with both MNA and intramuscular injections resulted in IgG production, mice vaccinated with dissolving MNAs had significantly higher IgG titers, demonstrating the importance of MNA technology for immunization efforts. Finally, the presented new MNAs provide a unique opportunity for the specific and precise delivery of encapsulated antigen±adjuvant to defined microenvironments within the skin. For example, the inventors and others have shown that the skin contains large numbers of dendritic cells and other antigen-presenting cells (APCs) that determine vaccine stimulation of the immune system. Therefore, targeting cutaneous APCs with MNA may be an effective strategy for vaccination in general and in particular for inducing cell-mediated immune responses, including cytotoxic T cell (CTL) immune responses, important for the prevention or treatment of many infectious diseases and cancer. As such, the proposed MNA technology could provide capabilities suitable for multiple vaccination strategies.
[0133] Соответственно, разработка и применение новых растворяющихся MNA с микроиглами с поднутрениями обеспечивают эффективную внутрикожную вакцинацию. Уникальные конструкции MNA включают в себя пирамидальные наконечники и области поднутрения стержней со скругленными основаниями. Способ изготовления для создания MNA с поднутрениями принципиально включал в себя лазерную 3D-печать и ряд процессов микроформования. Успешное и воспроизводимое изготовление растворимых MNA с иглами с поднутрениями, которые включают в себя большое число бионагрузок, обеспечивали с использованием разных биосовместимых и водорастворимых полимеров. Важно отметить, что беспрецедентный уровень геометрических возможностей лазерной 3D-печати был показан с целью демонстрации конструкций MNA специального применения для нескольких прикладных задач кожной и некожной доставки лекарств. Предложенные новые MNA с элементами поднутрения выполняли требования к прочности для безопасного проникновения в кожу людей и мышей и успешно доставляли бионагрузки в целевые кожные микросреды. Важно отметить, что кожная вакцинация с использованием модельных MNA с содержанием антигенов (OVA-MNA) вызывала более сильные антиген-специфические клеточные и гуморальные иммунные ответы, чем вакцинации, получаемые традиционным методом вакцинации внутримышечной инъекцией (IM-OVA). Что особенно важно, совместная доставка антигена (OVA) с адьювантом (Poly(I:C)) из MNA усиливала иммуногенность вакцины по сравнению с внутримышечной вакцинацией, что указывает на повышенную эффективность кожной вакцинации с помощью MNA. В целом, представленный подход обеспечивает эффективное средство изготовления новых растворяющихся MNA для широкого спектра прикладных задач кожной и некожной доставки лекарств.[0133] Accordingly, the development and use of new dissolving MNAs with undercut microneedles provide effective intradermal vaccination. Unique MNA designs include pyramidal tips and bar undercut areas with rounded bases. The fabrication method for creating undercut MNAs fundamentally involved laser 3D printing and a series of micromolding processes. Successful and reproducible fabrication of soluble MNAs with undercut needles that incorporate a large number of bioburdens has been achieved using a variety of biocompatible and water-soluble polymers. Importantly, an unprecedented level of geometric capabilities of laser 3D printing has been demonstrated to demonstrate purpose-built MNA designs for several dermal and non-dermal drug delivery applications. The proposed novel MNAs with undercut features met the strength requirements for safe penetration into the skin of humans and mice and successfully delivered bioburdens to target skin microenvironments. Importantly, cutaneous vaccination using model antigen-loaded MNAs (OVA-MNAs) elicited stronger antigen-specific cellular and humoral immune responses than vaccinations obtained by the traditional intramuscular injection vaccination method (IM-OVA). Most importantly, co-delivery of antigen (OVA) with adjuvant (Poly(I:C)) from MNA enhanced vaccine immunogenicity compared with intramuscular vaccination, indicating increased efficacy of cutaneous vaccination with MNA. Overall, the presented approach provides an efficient means of fabricating novel dissolving MNAs for a wide range of dermal and nondermal drug delivery applications.
[0134] Принимая во внимание многочисленные возможные варианты осуществления, к которым можно применить принципы раскрытого изобретения, следует признать, что показанные варианты осуществления являются только предпочтительными примерами изобретения и не должны считаться ограничивающими объем изобретения. Напротив, объем изобретения определяется последующей формулой изобретения. Поэтому авторы изобретения заявляют своим изобретением все, что входит в пределы объема и существа данной формулы изобретения.[0134] In view of the numerous possible embodiments to which the principles of the disclosed invention can be applied, it should be recognized that the illustrated embodiments are only preferred examples of the invention and should not be considered limiting the scope of the invention. On the contrary, the scope of the invention is determined by the following claims. Therefore, the inventors claim by their invention everything that falls within the scope and spirit of this claim.
Claims (79)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US62/848,939 | 2019-05-16 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021137154A RU2021137154A (en) | 2023-06-16 |
RU2816629C2 true RU2816629C2 (en) | 2024-04-02 |
Family
ID=
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679107C2 (en) * | 2013-01-21 | 2019-02-05 | Пхэан Эстетикс Инк. | Microneedle, mould for producing same and method of producing microneedle |
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2679107C2 (en) * | 2013-01-21 | 2019-02-05 | Пхэан Эстетикс Инк. | Microneedle, mould for producing same and method of producing microneedle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Balmert et al. | Dissolving undercut microneedle arrays for multicomponent cutaneous vaccination | |
US20220241570A1 (en) | Microneedle arrays with undercut features for cutaneous and non-cutaneous drug delivery | |
Donnelly et al. | Microarray patches: potentially useful delivery systems for long-acting nanosuspensions | |
US20210031439A1 (en) | Polymeric Microneedles and Rapid Additive Manufacturing of the Same | |
Dalvi et al. | Panorama of dissolving microneedles for transdermal drug delivery | |
Li et al. | Dissolving microneedle arrays with optimized needle geometry for transcutaneous immunization | |
US20240075266A1 (en) | Microneedle Array Device, Methods Of Manufacturing And Use Thereof | |
Bediz et al. | Dissolvable microneedle arrays for intradermal delivery of biologics: fabrication and application | |
Li et al. | A fast-dissolving microneedle array loaded with chitosan nanoparticles to evoke systemic immune responses in mice | |
Chen et al. | Fully embeddable chitosan microneedles as a sustained release depot for intradermal vaccination | |
US9675789B2 (en) | Embeddable micro-needle patch for transdermal drug delivery and method of manufacturing the same | |
TWI528975B (en) | Microneedle trandermal delivery device and microneedle transdermal delivery method using the same | |
Vora et al. | Long-acting microneedle formulations | |
Ye et al. | Fabrication of tip-hollow and tip-dissolvable microneedle arrays for transdermal drug delivery | |
JP2020510480A (en) | Microneedle device | |
CN102325563A (en) | Patch production | |
CN112933391A (en) | Tip-loaded microneedle array for percutaneous insertion | |
Koyani | Synthetic polymers for microneedle synthesis: from then to now | |
Meng et al. | Novel double-layer dissolving microneedles for transmucosal sequential delivery of multiple drugs in the treatment of oral mucosa diseases | |
RU2816629C2 (en) | Microneedle matrices with undercut elements for dermal and non-dermal drug delivery | |
Naik et al. | Drug Delivery Through Microneedles for Improved Permeability and Efficacy: Fabrication, Methodology and Applications | |
Moffatt et al. | Microneedle technology | |
Arora et al. | Microneedles: Recent advances and development in the field of transdermal drug delivery technology | |
AU2021254428A1 (en) | Microneedle array delivery of adenovirus vectored vaccines with and without adjuvants | |
Ai et al. | Recent progress of microneedles in transdermal immunotherapy: a review |