聚合物微針的制備及其在生物醫(yī)學領域的應用進展

透皮給藥是一種通過皮膚吸收藥物的給藥方法，該方法可以通過進入人體血液循環(huán)進行全身給藥，也可以用于局部給藥。這種給藥方式為患者提供了多種優(yōu)勢，如能夠自我給藥，避免藥物被消化酶降解，避免肝臟的首過效應，消除皮下注射引起的疼痛等，從而大大提高患者的依從性和治療效果。然而，由于皮膚屏障角質層的存在，只有少量分子量小于500 Da的親脂性藥物分子能被皮膚吸收，吸收效率低至1%。為了解決這一問題，研究人員已經(jīng)采用了許多方法來增加藥物的滲透性和提高透皮給藥效率，包括滲透增強劑、電泳、電穿孔、超聲輔助技術和納米顆粒的使用。在這些方法中，微針由于其獨特的非侵入性、可自我給藥、無痛和高藥物運輸效率的特性而引起了廣泛關注。

微針的概念最早于1952年提出，長度一般在150μm~ 1000 μm之間，可以穿過皮膚屏障，但直到1998年，喬治亞理工學院Prausnitz教授的研究小組通過等離子體蝕刻和微加工技術制造了微針，使皮膚穿透率提高了4個量級，微針才開始被用于經(jīng)皮給藥。另一個有意義的轉折點是McAllister使用實心微針和空心微針經(jīng)皮遞送胰島素和白蛋白，證明了微針在皮膚中遞送生物大分子的可能性。目前，微針已被廣泛用于多種藥物的透皮給藥，一些載藥微針甚至已進入了臨床試驗?，F(xiàn)已報道有多種材料可用于制備微針，如金屬微針、陶瓷微針等，其中，聚合物微針由于其良好的生物相容性和生物可降解性而受到廣大研究者的關注和研究。

基于此，武漢大學藥學院黎威教授團隊在BMEMat期刊上發(fā)表了題為“The progress of fabrication designs of polymeric microneedles and related biomedical applications”的綜述文章。在該綜述中，作者系統(tǒng)總結了已被報道用于制備微針的各種聚合物材料，并且討論了它們的物理化學性質、優(yōu)缺點及其制備的不同形狀的微針。根據(jù)微針的不同形態(tài)，作者將聚合物微針分為一體式微針、兩段式微針、殼核微針和箭頭微針，并且舉例說明了不同形態(tài)微針發(fā)揮的功能作用和它們相應的生物醫(yī)學應用，包括癌癥治療、疫苗接種、胰島素遞送、各種皮膚病治療、長效避孕以及生物傳感檢測等多個方向。

一體式微針通過緩釋米諾地爾用于雄激素性脫發(fā)的長效治療：（a）一體式微針的制備流程；（b）微針用于脫發(fā)長效治療的作用機制；（c）載有緩釋微球的微針截面圖；（d）微針的體外藥物釋放



用于皮下檢測生物標記物的雙邊核殼結構微針：（a）雙邊核殼結構微針的制備工藝；（b）微針的白光圖；（c）載有不同熒光顏料的雙邊微針熒光圖 總體而言，聚合物微針因其易于制備、良好的生物相容性和令人滿意的生物降解性等特點，成為最受研究者們歡迎的微針類型之一。為了實現(xiàn)不同的藥物釋放動力學，聚合物微針已被開發(fā)出四種特殊設計，包括一體式微針、兩段式微針、核-殼或多層微針和箭頭微針，這些微針在生物醫(yī)學應用領域具有非常大的潛力。但是，微針在疾病治療中的應用研究剛剛起步，其實際應用以及臨床轉化需要進一步深入研究，主要包括以下幾個方面的問題：（1）首先，由于微針的結構小，體積有限，目前的微針設計不能包封大劑量的藥物，一般每個微針貼片裝載的藥物少于1 mg。無論是通過提高微針的高度，還是增加每個貼片的針體數(shù)量，增加聚合物微針的載藥量是非常必要的；（2）新技術的發(fā)展或制造工藝的優(yōu)化對于易受環(huán)境影響的有效載荷（如蛋白質、RNA或DNA藥物）的穩(wěn)定性至關重要；（3）擴大聚合物微針的生產(chǎn)規(guī)模對微針的未來發(fā)展也很重要，因此微針的設計不能過于復雜。 目前，微針用于長效避孕的應用已經(jīng)進入臨床前研究，微針的迅速發(fā)展及與新的生物技術的交叉融合，必將推動聚合物微針的快速發(fā)展。在不久的未來，聚合物微針很可能會成為傳統(tǒng)透皮給藥的替代方式，在疫苗遞送、脫發(fā)治療、胰島素遞送和生物傳感檢測等多個領域發(fā)揮重要作用，因此，加大聚合物微針的深入研究和加速臨床轉化將會產(chǎn)生重要的社會價值和經(jīng)濟效益。

審核編輯：劉清