硬币大小超mini“盐水瓶”让药物治疗更精准、更舒适，顾臻团队最新《Science》子刊！

EngineeringForLife · 公众号 · 科技自媒体 · 2024-12-07 00:00

正文

在现实生活中，很多人害怕打针的痛和吃药的苦，微针贴片是一种新型的透皮给药器件，它看起来像一个“创可贴”，表面布满了装着药液的凹槽和微小针头。只要把它在皮肤表面轻轻一贴，这些微小针头就会穿过皮肤最外层的角质层，把药液输送到人体的皮下细胞。由于角质层里没有痛觉神经，因此微针穿过时人基本不会感到疼痛。

浙江大学药学院、浙江大学金华研究院、先进药物递释系统全国重点实验室顾臻教授、张宇琪研究员、俞计成研究员团队联合浙江大学医学院附属第一医院、首都医科大学附属北京朝阳医院主鸿鹄主任医师团队，成功研发了一种硬币大小、不足5毫米厚的超mini微型“盐水瓶”——贴敷式输注贴（OMN patch），它能够提供至少24小时的高容量持续药物输送，且不依赖电子元件，实现微创给药。这款便捷式输注贴不仅可方便病患居家、出行、工作。因为不依赖重力，将来甚至可用于太空医疗，真正使“挂盐水”变得便捷、无压力。

相关内容以“A wearable osmotic microneedle patch provides high-capacity sustained drug delivery in animal models”为题，发表在《Science Translational Medicine》上。

1.主要内容

图1 用于药物递送的可穿戴OMN贴片的原理图和表征

该贴片由三个主要部分组成：水供应系统、渗透活性单元（包括半透膜、药物和渗透剂核心以及过滤筛）和微针阵列单元。水供应系统通过透气膜和水注射口与渗透核心相连，后者包含药物和渗透剂。微针阵列由三个不锈钢空心微针组成，作为药物输送到皮肤的通道。当半透膜与水接触时，水通过渗透作用被吸入药物和渗透剂核心，导致药物溶解并增加渗透压，从而推动药物溶液通过微针阵列的通道排出。图中还展示了透气膜、半透膜、药物和渗透剂核心、过滤筛以及微针阵列的扫描电子显微镜（SEM）图像，以及OMN贴片的实物照片。

图2 可穿戴OMN贴片的体外药物释放特征

OMN贴片被放置在水或饱和葡萄糖溶液中，微针朝上以排除重力影响，利用蓝色颜料模拟药物释放。通过两个不同角度的摄像机记录了渗透核心的溶解和颜料从OMN贴片中释放的过程。结果显示，当贴片置于水中时，水通过半透膜进入药物和渗透剂核心，导致核心溶解并释放出含有颜料的溶液，而置于饱和葡萄糖溶液中时，由于水分子不易进入，核心溶解和颜料释放均未观察到。此外，通过扫描电子显微镜（SEM）图像观察到半透膜表面在渗透药物释放过程中形成了纳米级孔隙。实验还评估了不同半透膜厚度、渗透剂类型以及药物载荷对OMN贴片释放行为的影响，发现这些因素均能显著影响药物的释放速率和持续时间，从而证实了OMN贴片能够实现近乎零级的药物释放，并可通过调整这些参数来定制释放曲线。

图3 可穿戴OMN贴剂治疗2型糖尿病的体内评估

该图展示了OMN贴片（使用甘露醇作为渗透剂）在大鼠体内的药代动力学，显示了OMN贴片组与皮下注射Exenatide（Exe）组相比，能够维持更平稳的血药浓度。此外，还展示了OMN(Exe)贴片在db/db糖尿病小鼠模型中的疗效，包括降低血糖浓度（PG）和改善糖耐量，与皮下注射Exe相比，OMN(Exe)贴片能够更有效地维持血糖在正常范围内，以及在IPGTT（腹腔内葡萄糖耐受性测试）中对健康和糖尿病小鼠的响应。最后，对OMN(Exe)贴片生物相容性的评估，通过皮肤照片和H&E染色的皮肤组织切片显示，使用OMN(Exe)贴片的大鼠皮肤组织未出现明显损伤。

图4 可穿戴OMN贴片治疗急性髓系白血病（AML）的体内疗效

OMN(Ara-C)贴片与皮下注射Ara-C在大鼠中的药代动力学比较，显示了OMN贴片能够维持Ara-C血药浓度在有效治疗窗口内超过24小时，通过比较了两组的Ara-C血药浓度-时间曲线下面积（AUC），表明OMN(Ara-C)贴片组的总药物暴露量与皮下注射组相当，并且展示了通过荧光素酶标记的C1498白血病细胞建立的AML小鼠模型和治疗方案，通过生物发光成像技术监测了不同治疗组小鼠白血病发展的情况，结果表明OMN(Ara-C)贴片治疗组在治疗后12天内显示出最小的生物发光信号，表明白血病细胞生长受到抑制。这些结果共同证明了OMN贴片在AML治疗中的潜力，能够实现Ara-C的持续释放，并抑制白血病的发展。

图5 OMN贴片在犬体内的药代动力学特征及在人体的初步应用

该图展示了OMN贴片在犬类模型中能够持续释放阿糖胞苷（Ara-C）至少24小时，维持稳定的血药浓度在最小有效浓度窗口内，与皮下注射相比显示出更长的持续药物释放特性。此外，还包括了人类参与者对OMN贴片的耐受性、稳定性和接受度的评估结果，显示参与者对OMN贴片的偏好高于其他给药途径，并且在使用过程中未报告显著不适，证明了OMN贴片在实际应用中的潜力和患者接受度。

2.全文总结

本文介绍了一种新型的可穿戴渗透性微针（OMN）贴片，它能够实现至少24小时的高容量持续药物输送，无需电子元件。OMN贴片利用渗透压作为动力，通过直径小于200微米的中空微针将药物输送到皮肤中，药物释放速率与渗透剂和药物的组成、浓度以及半透膜的物理性质相关。在动物模型中，OMN贴片成功地持续释放了肽类药物exenatide和化疗药物cytarabine，改善了糖尿病小鼠模型的血糖控制，并有效减缓了急性髓系白血病在小鼠中的进展。在犬类模型中，OMN贴片能够连续给药高达225毫克的cytarabine，满足临床需求。人类参与者的测试显示，OMN贴片具有良好的耐受性和患者偏好。这项研究证明了OMN贴片作为一种新型药物输送系统在提供稳定高剂量药物释放、便利性和安全性方面的潜力，有望改善患者的治疗效果和生活质量。

3.课题组近期微针领域研究进展

浙江大学顾臻团队在微针透皮给药领域已取得显著进展，以下是该课题组本年度在微针领域发表的相关论文，其中包括胰岛素检测系统、槽型微孔贴片改善辅助T细胞治疗实体肿瘤、葡萄糖响应微针实现长期血糖控制、还包括经皮递送基因等多个领域的深入研究。

文章来源：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adp3611