用于药物输送的溶解微针的性能增强方法研究进展

溶解微针（dMNs）是一种很有前途的多功能药物输送系统，可用于多种药物的透皮输送，使其可用于广泛的生物医学和制药应用。近年来对dMNs的研究急剧增加。dMNs的成功制备需要明确定义的预设设计，同时需要考虑使用目标和将使用的有效载荷。配方的各个方面（如贴片设计、针头几何形状、聚合物成分、形成方法和有效载荷）对dMNs的机械性能都有直接影响，且会进一步影响它们的管理和疗效。

因此，需要了解每个因素如何影响最终配方以及如何优化每个dMNs。为此，来自荷兰格罗宁根大学（University of Groningen）的Hélder A. Santos团队讨论了每个步骤可能遇到的不同挫折和克服这些挫折的可能策略，以改进它们的管理，并增强各种分子的负载及其控制释放。

物理化学/力学特性

dMNs一般由水溶性聚合物制备，具有较低的机械性能，可能会阻止对皮肤的可靠渗透。另一方面，dMNs在组织中的软化和溶解可以防止应用时施加的机械力造成组织损伤。此外，皮肤固有的弹性是完全植入dMNs的一个制约因素，这可能需要特定的dMNs设计来克服。

因此，应从不同方面考虑，开发经过优化的，具有足够机械强度的dMNs，使其能够在不发生机械故障的情况下穿透角质层（SC）。例如，dMNs的几何形状、高度、直径和纵横比、尖端直径和角度以及制造材料都会影响dMNs贴片的穿透效率（图1）。



图1 微针的形状及其特性

载药量

载药量是制造用于药物输送应用的dMNs的主要挑战之一，因为它受到多种因素的影响。此外，由于dMNs主要由一种单一材料制成，基于药物-基质相互作用的不同药物的共包封也受到限制。药物加载过程的另一个主要限制来自 dMNs在其制备和操作过程中所处的条件，主要是在制造过程中使用不同的溶剂、温度和压力，会导致有效载荷的降解。

因此，在开发过程中，至关重要的是要考虑有效载荷的物理化学特性和用于生产dMNs的材料、生产方法以及分子的效力和稳定性，因为它们都会影响并可能限制负载。在此部分，作者讨论了不同类型有效载荷固有的局限性，并概述了克服这些障碍的主要策略。

药物释放策略

通常，dMNs由水溶性聚合物配制而成，例如HA、PVP、明胶、淀粉或糖。因此，由于dMNs中的聚合物结构在几秒到几分钟内完全溶解，它们通常呈现突释曲线。当需要快速起效时（例如，治疗偏头痛或缓解疼痛时），这种推注给药方式很有用。

然而，在某些情况下，如疫苗接种或胰岛素给药时，需要持续的有效载荷释放曲线以减少副作用以及给药频率，并获得更好的治疗效果。在文章中，作者分析了为延长有效载荷从溶解的dMNs中释放而提出的常规策略，以及最先进的刺激响应材料的使用。随后，作者分别重点介绍了控制释放速率（图2）和刺激反应释放类型（图3），并给出了详细示范。



图2 延长dMNs有效载荷释放的四种主要策略的示意图：（A）从溶解速率较慢的亲水性聚合物中配制dMNs；（B）在dMNs中添加微米/纳米粒子；（C）用不溶于水的聚合物配制dMNs；（D）通过亲水性聚合物的交联来配制dMNs



图3 dMNs的刺激响应释放：（A）pH响应释放；（B）光敏释放；（C）温度或机械响应释放；（D）葡萄糖反应性或主动释放

挑战、临床转化和未来展望

由于应用范围广泛，结合其无痛和环境兼容性的特性，dMNs受到了极大的关注。然而，dMNs的配方还需要在材料和贴片特性方面进行仔细优化，以实现有效载荷的目标负载、稳定性、释放率和治疗应用。有效载荷的治疗作用模式需要定制的释放速率，释放速率可以通过选择用于制造dMNs的材料或通过诉诸刺激响应特征来控制。

对dMNs的研究预计将集中在3D打印贴片的开发上，并有可能通过尝试创新的几何形状以实现皮肤互锁和在dMNs的精确区域加载有效载荷。材料的进一步发展有望带来更多的选择，用于装载敏感有效载荷和控制释放速率。

dMNs目前已成功配制并用于疫苗、激素、胰岛素、纳米/微粒等的输送，其中一些贴片已在临床试验中进行评估。dMNs被认为是环境友好的配方，因为它们是可溶解和可生物降解的；监管机构可能需要dMNs易于处置的证据，以及确认同一人或不同个人不可能重复使用同一贴片的数据。

此外，对潜在用户（包括患者和医生）的调查表明，需要在包装中提供详细说明，以便轻松可靠地进行自我应用，以及需要一个指标来直观地告知给药是否成功；最后，需要在临床前和临床研究中仔细评估重复施用dMNs的安全性、对免疫系统的可能影响以及聚合物在皮肤中沉积产生的影响。






审核编辑：刘清