利用可生物降解的微针贴片在猪身上实现系统性药物输送

《RSC Pharmaceutics》：Systemic drug delivery in pigs using biodegradable microneedle patches

兽用微针贴片系统给药优化研究。采用聚乙烯醇-胶原蛋白-壳聚糖可降解微针贴片，在猪模型中对比颈部和耳部给药对FITC-dextran（4 kDa）及flunixin meglumine（FLU）的系统吸收影响。结果显示颈部给药FITC-dextran血药浓度达145 μg/L，较口服及耳部给药分别高1.2-1.4倍和18.9%；FLU耳部给药72小时内血药浓度峰值1.9 μg/L，但显著低于临床有效值。研究证实解剖位置（血管化程度、皮肤厚度）和药物理化性质（水溶性、分子量）是影响透皮给药效率的关键因素，为兽用药物递送系统优化提供依据。

　　在兽医领域，传统的药物给药方式如注射和口服常常伴随着一定的局限性，尤其是在动物福利和治疗效果的平衡方面。注射虽然能提供较高的生物利用度，但对动物造成疼痛和应激，而口服给药则可能因动物进食习惯、消化系统功能差异以及药物在胃肠道中的吸收效率不足，导致药物浓度波动较大。因此，寻找一种更温和、高效的药物递送方式成为当前研究的重点。微针贴片作为一种微创的透皮给药技术，因其无需针头、减少动物痛苦、避免第一通过代谢等优点，被认为是解决上述问题的潜在方案。本研究通过在猪身上测试由聚乙烯醇（PVA）、胶原蛋白（COL）和壳聚糖（CHI）组成的可生物降解微针贴片，评估了两种模型化合物——荧光素异硫氰酸酯-葡聚糖（FITC-dextran）和氟尼辛葡甲胺（FLU）的透皮吸收情况，旨在为兽医应用中的微针药物递送系统提供新的见解。

研究首先探讨了微针贴片的制备过程。采用一种改进的微针贴片制造方法，使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具制备了包含625个金字塔形微针的贴片。每个微针的底面宽度为400微米，高度为800微米，间距为700微米。贴片的基质由PVA和COL的不同比例组成，并加载了FITC-dextran或FLU作为模型药物，每片贴片含50毫克药物。贴片在PDMS模具中铸造后，通过干燥和层压PVA-CHI二次层以增强粘附性和机械强度。最后，贴片经过环氧乙烷气体灭菌处理，确保其在使用前的无菌状态。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和形态学分析，确认了灭菌过程不会影响药物的稳定性和贴片的组成。此外，使用扫描电子显微镜（SEM）对贴片的结构进行了详细观察，结果显示微针几何结构清晰、均匀分布，未发现明显的结构缺陷，如针尖变形或融合，表明贴片的制造过程具有高度的可重复性和一致性。

为了进一步验证微针贴片在体内的表现，研究团队在猪耳和颈部进行了动物实验。选择耳部和颈部作为应用部位，是因为这些区域具有不同的血管化程度、皮肤厚度和淋巴引流特性，能够帮助研究人员分析药物在不同部位的吸收差异。实验共分为六个组别，包括阴性对照组、口服FITC-dextran组以及不同部位的微针贴片组。在应用贴片后，研究人员在多个时间点（0、4、8、24、48、72、96小时）采集血液样本，并通过荧光光谱法和液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）对FITC-dextran和FLU的血药浓度进行定量分析。实验中发现，单片贴片在颈部的应用能够显著提高FITC-dextran的血药浓度，达到约1.2–1.4倍于口服给药和耳部贴片的水平，这表明血管化程度较高的区域更有利于药物的吸收。此外，FLU贴片在耳部应用后，血药浓度在72小时内可检测到，且在24–48小时达到峰值，约为1.9 μg L?1，显示出药物在体内的持续释放和系统暴露。这些结果不仅验证了微针贴片的可行性，还为长期作用药物的开发提供了依据。

值得注意的是，实验中未观察到任何明显的组织反应，说明微针贴片在应用部位具有良好的安全性和耐受性。这一发现对兽医临床应用具有重要意义，因为药物安全性是评估新型给药方式的关键因素之一。同时，研究还指出，尽管FITC-dextran和FLU在水溶性和膜渗透性方面优于之前使用的美洛昔康（meloxicam），但它们的血药浓度仍受到应用部位的生理特性影响。例如，耳部的血流较少，皮肤较厚，可能限制了药物的吸收效率，而颈部的血管化程度较高，皮肤较薄，能够更有效地促进药物进入循环系统。此外，药物在体内的吸收和分布还受到代谢清除率、循环系统中的血流差异以及微针溶解速率等因素的影响。

在进一步的讨论中，研究团队分析了药物理化性质对透皮吸收的影响。例如，FITC-dextran作为一种高水溶性、分子量为4 kDa的荧光标记物，被广泛用于透皮给药研究中，因为它能够提供准确的吸收动力学数据，并有助于区分生物利用度受限的原因是来自给药部位的生理差异还是递送系统的性能问题。相比之下，FLU虽然具有较高的水溶性和膜渗透性，但其在体内的血药浓度仍然低于传统的注射方式，这表明即使在理化性质优越的情况下，局部组织和解剖位置的特性仍可能成为药物吸收的限制因素。例如，FLU的血药浓度在24–48小时达到峰值，而注射方式在成熟猪中的血药浓度可以达到2749–6004 μg L?1，这说明微针透皮给药的吸收速度较慢，但其在后期仍可能达到较高的血药浓度。此外，一些研究指出，猪的背脂厚度（约为1.8厘米）远大于牛（约为0.8–1.5厘米），这可能导致药物在脂肪组织中滞留，从而影响其进入循环系统的效率。

除了药物理化性质和应用部位的影响，研究还探讨了微针贴片的设计与性能优化问题。例如，微针的几何形状、材料选择以及贴片的结构完整性都可能影响药物的释放和吸收。在本研究中，通过SEM观察发现，FITC-dextran微针的侧壁较为平坦，而FLU微针则表现出轻微的曲率，这种差异可能源于不同的聚合物粘度、药物负载量或模具填充过程中的物理行为。此外，微针贴片的释放机制可能涉及多种因素，如药物与聚合物基质之间的相互作用、微针在皮肤中的溶解速率以及药物在皮肤中的扩散行为。例如，一些研究表明，药物在水性聚合物基质中的释放可能遵循扩散和膨胀控制的混合机制，这种机制与Higuchi或Korsmeyer–Peppas模型相关。然而，当前的体外研究往往无法完全模拟体内复杂的微针-组织相互作用，因此需要进一步开展体内实验以更准确地评估微针贴片的溶解动力学及其对药物释放的影响。

研究还指出，尽管微针贴片在体内的表现优于传统的注射方式，但其在特定药物上的应用仍需进一步优化。例如，美洛昔康（meloxicam）的透皮吸收效果较差，这与其低水溶性和中等膜渗透性有关。因此，未来的微针贴片研究应重点关注提高药物的水溶性，同时探索不同应用部位对药物吸收的影响，以期实现更高的生物利用度。此外，微针贴片在体内应用时的代谢行为也值得关注，因为皮肤中的代谢酶可能会影响药物的稳定性，进而影响其进入循环系统的效率。因此，进一步研究微针贴片在体内环境中的酶活性和药物稳定性，对于优化其性能具有重要意义。

综上所述，本研究通过使用两种具有较高水溶性和膜渗透性的模型药物，验证了微针贴片在猪体内的系统吸收能力，并揭示了应用部位对药物吸收的显著影响。颈部由于其更高的血管化程度、较薄的皮肤和更有效的淋巴引流，表现出更优的药物吸收性能。同时，研究也指出，尽管微针贴片能够实现药物的持续释放和系统暴露，但其在特定药物上的应用仍需结合药物的理化性质进行优化。此外，研究强调了体内实验在评估微针贴片性能中的必要性，因为体外实验无法完全模拟体内复杂的生理和病理条件。未来的研究应进一步扩大样本量，系统评估不同药物在不同部位的吸收情况，并探索更高效的药物-贴片相互作用机制，以推动微针贴片在兽医领域的广泛应用。