《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Microneedling-assisted transdermal delivery of Istradefylline nanocrystals loaded hydrogel
编辑推荐：
为改善低水溶性药物istradefylline的生物利用度，采用纳米沉淀技术结合PVA制备其纳米晶体（IDF-NC），通过Plackett-Burman和Box-Behnken设计优化工艺参数，获得粒径185.33±20.85nm、多分散指数0.212±0.050的高结晶性纳米晶。将IDF-NC负载至水凝胶基质中，通过微针阵列增强皮肤透通性，体外渗透实验显示微针辅助下药物渗透率提高至62.16%，较传统方式提升2.6倍。
Gaurav D. Mhaske|Madhukiran R. Dhondale|Maan Singh|Karnika Tiwari|Ashish K. Agrawal|Dinesh Kumar
印度理工学院（巴纳拉斯印度教大学）制药工程与技术系，瓦拉纳西，印度-221005
摘要
伊斯特拉德菲林（IDF）是一种选择性的腺苷A2A受体拮抗剂，被用作帕金森病运动波动的辅助治疗药物。然而，由于其属于生物制药分类系统（BCS）II类，其临床疗效受到水溶性差的限制。为克服这一限制，使用聚乙烯醇（PVA）作为稳定剂，通过纳米沉淀技术制备了IDF纳米晶体（IDF-NC）。首先通过Plackett–Burman设计筛选配方参数，随后通过Box–Behnken设计在响应面方法学下进行优化。优化的IDF-NC平均粒径为185.33 ± 20.85纳米，多分散性指数为0.212 ± 0.050，并通过电子显微镜分析确认了其立方体形态。热分析和结构分析证实了晶体结构的保持以及没有化学相互作用。
体外药物释放研究表明，与IDF相比，IDF-NC的溶解速率提高了约6倍。这些纳米晶体被掺入水凝胶基质中，表现出假塑性行为，并具有适合透皮应用的扩散性。离体渗透研究表明，微针显著增强了药物渗透性，微针处理后的渗透率为62.16 ± 1.73%，而未经微针处理的渗透率为23.49 ± 1.82%。
总体而言，纳米晶体技术与微针辅助递送的结合是一种有前景的策略，可以增强难溶性药物的透皮生物利用度。这些发现支持通过体内药代动力学和药效学评估进一步探索。
引言
帕金森病（PD）是一种慢性神经退行性疾病，其特征是多巴胺能神经元的进行性退化，尤其是来自黑质致密部分的神经元，导致纹状体内的多巴胺水平下降[1]。这会引起一系列运动症状，包括动作迟缓、静止性震颤、肌肉僵硬和姿势不稳，以及一系列非运动症状，如睡眠障碍、认知障碍和胃肠道功能障碍[2]、[3]。长期管理PD的一个重要临床挑战是“OFF”期的出现，这是由于左旋多巴血浆浓度波动引起的运动症状重新出现的现象。左旋多巴是一种多巴胺前体，需要与外周脱羧酶抑制剂联合使用，其血浆半衰期较短，并且会发生大量代谢，导致纹状体内的多巴胺能刺激不均匀。这会引起运动波动，如“药效消退”和运动障碍的发展[4]。目前管理OFF期的药理学策略包括左旋多巴的剂量分次给药、添加儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）抑制剂、单胺氧化酶-B（MAO-B）抑制剂和多巴胺激动剂[5]、[6]。然而，它们的临床疗效常常受到胃肠道变异性和全身副作用的限制。伊斯特拉德菲林（分子式：C20H24N4O4）是一种选择性的腺苷A2A受体拮抗剂，作为左旋多巴/卡比多巴的辅助治疗药物，可以有效减少每日OFF时间。它通过增强多巴胺能信号传导来调节运动控制，而不会引发常见的多巴胺能副作用[7]。然而，由于其水溶性差（<0.5 μg/mL），需要较高的剂量才能达到治疗效果[8]。为了克服伊斯特拉德菲林的溶解性和溶解度限制，基于纳米晶体的方法被认为是最合适的方法。纳米晶体本质上是具有增强表面积的结晶纳米颗粒，根据Noyes-Whitney方程，这显著提高了溶解速率[9]。与其他方法（如无定形固体分散、微粉化等）相比，纳米晶体具有最大的优势，因为它们能够同时增加药物的饱和溶解度和溶解速率[10]。纳米晶体的制备方法包括自上而下的方法（如介质研磨和高压均质化）、自下而上的技术（沉淀法）以及组合方法[11]。尽管研磨方法对于提高难溶性药物的溶解度非常有效，但它会产生静电，导致储存问题和无定形化，从而引起药物降解[12]、[13]、[14]。高压均质化需要复杂的设备，因此成本非常高。在我们的研究中，我们采用了纳米沉淀法制备伊斯特拉德菲林纳米晶体（IDF-NC）。采用实验设计（DoE）方法来优化工艺参数，并使用图表确定关键工艺参数（CPPs）对纳米晶体关键质量属性（CQAs）的影响。该工艺具有工艺控制容易、能耗低以及能够实现均匀纳米粒径分布的优点[15]。使用粉末X射线衍射（PXRD）和差示扫描量热法（DSC）对制备的纳米晶体进行固态表征，确认了IDF-NC的结晶性质，而傅里叶变换红外（FTIR）研究显示药物与所用辅料之间没有显著相互作用。
由于胃肠道功能障碍，特别是胃轻瘫和吞咽困难，帕金森病患者的口服给药具有挑战性，这些因素会导致吸收和治疗效果的变化[16]。然而，透皮药物递送（TDDS）提供了一种有吸引力的替代方案，因为它可以绕过胃肠道，避免首过代谢，并实现持续的药物释放。这些因素证明了探索非口服递送策略（如伊斯特拉德菲林）的合理性。角质层（SC）是一层厚度为10–20 μm的角质化细胞，是药物渗透的强大屏障。只有具有特定物理化学性质的药物，如分子量（<500Da）、适当的亲脂性（log P值在1 - 3之间）和高效力，才能有效穿透皮肤屏障[17]、[18]。即使粒径优化到>200 nm且具有亲脂性，单独的纳米颗粒也难以有效穿透完整的角质层[19]。为了克服这一屏障，采用了微针作为无痛的物理增强技术，暂时破坏角质层以创建微孔，从而增强药物的皮肤渗透。在本研究中，使用了一种基于皮肤印章的固体微针装置来创建均匀的微孔，从而提高IDF-NC的透皮通量。微针设计为能够无痛地穿透最外层皮肤，而不会触及痛觉神经末梢或血管[20]。
此外，将优化的IDF-NC配方掺入水凝胶基质中（使用1.5% w/w的Carbopol 934P作为凝胶剂），以增加纳米晶体在微针部位的停留时间，从而提高药物渗透性[21]。然后，将微针辅助的IDF-NC水凝胶置于猪耳皮肤上，使用Franz扩散细胞进行离体皮肤渗透研究。总之，当前的研究工作旨在通过制备纳米晶体并将其掺入水凝胶基质中，然后通过微针辅助的透皮递送，来提高难溶性药物IDF的水溶性和渗透性。
材料
伊斯特拉德菲林（纯度99.8%）由印度海得拉巴的Lifecare实验室提供。聚乙烯吡咯烷酮（PVP K-30）由印度Ashland Inc提供。聚乙烯醇（PVA）和Tween-80由印度SD Fine Chem提供。D-甘露醇和Carbopol934P从印度孟买的Yarrow Pharma购买。甲基对羟基苯甲酸酯、丙基对羟基苯甲酸酯和月桂基硫酸钠（SLS）从Fisher Scientific购买。所有其他试剂，如乙腈和聚乙二醇（PEG 400）
溶解度的测定
使用标准摇瓶法测定了IDF在不同溶剂中的平衡溶解度。IDF在乙腈、乙醇、乙酸乙酯、甲醇和水中的溶解度分别为14.836、2.314、16.863、1.143 mg/ml和0.491μg/mL。IDF在乙酸乙酯中的溶解度较高，因为该药物的非极性和芳香区域与其他溶剂相比更有利于与乙酸乙酯的亲脂环境相互作用。
结论与未来研究
本研究成功制备并评估了伊斯特拉德菲林纳米晶体（IDF-NC），以提高这种BCS II类药物的溶解度和透皮递送效果。使用1% w/v的聚乙烯醇（PVA）作为稳定剂，通过纳米沉淀法成功制备了纳米晶体。首先使用Plackett–Burman设计对配方变量进行初步筛选，然后通过Box–Behnken设计进行优化
CRediT作者贡献声明
Dinesh Kumar：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源获取。Gaurav D Mhaske：撰写 – 原稿撰写、可视化、方法学、研究、概念化。Ashish K. Agrawal：撰写 – 审稿与编辑。Karnika Tiwari：方法学。Maan Singh：验证、方法学。Madhukiran R. Dhondale：撰写 – 审稿与编辑、验证、资金获取、正式分析
利益声明
无
资助
Madhukiran R. Dhondale感谢印度PMRF提供的资助，资助编号为1102018。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢印度理工学院（巴纳拉斯印度教大学）提供的基础设施。作者感谢IIT（BHU）瓦拉纳西的中央仪器设施（CIF）在DSC、PXRD、SEM分析和流变学表征方面的支持。作者感谢IIT（BHU）瓦拉纳西生物化学工程学院的Prodyut Dhar博士在扩散性分析方面的支持。作者还感谢JMP
