用于共同递送多种广谱中和抗体的HIV预防微阵列贴片平台的概念验证开发与临床前评估

《Molecular Pharmaceutics》：Proof-of-Concept Development and Preclinical Evaluation of a Microarray Patch Platform for Codelivery of Multiple Broadly Neutralizing Antibodies for HIV Prevention

　　

广谱中和抗体（broadly neutralizing antibodies, bnAbs）正在作为HIV感染的预防或治疗选择而进展，但目前必须通过肠胃外途径给药，通常是大剂量注射或输注，这是一种侵入性的递送方法，尤其对于儿科人群。在此，研究人员展示了关于一种微创微针（microneedle, MN）贴片平台的概念验证数据，该平台从单独的MN贴片单元或像素中共同递送三种bnAbs：PGT121、VRC07-523LS和PGDM1400LS。每个1 cm²的贴片像素通过溶剂浇铸法制备，含有约2 mg的一种bnAb。在离体猪皮测试中，MNs有效穿透皮肤。在体外PBS缓冲液测试中，MNs快速溶解，在10分钟内完全释放bnAbs。通过体外HIV-1中和试验确认，VRC07-523LS和PGT121在贴片制造过程中保持了功能，而PGDM1400LS失去了一些效力。在大鼠模型中，每种bnAb的1 cm²贴片单元共同给药导致在第一个收集时间点3小时出现全身暴露，到第3天达到最大浓度，最高达68 μg/mL。这些初步发现表明，MN贴片平台可能作为可注射bnAb制剂的有希望的替代方案，用于HIV预防和治疗，尤其是在新生儿和婴儿中，尽管需要进一步研究以确定其临床实用性。此外，bnAbs的固态MN制剂可能消除对冷链储存或运输的需求，使该贴片特别适用于资源有限的环境。

**研究背景与问题**
全球约有4080万HIV感染者，其中140万为儿童。每年约130万HIV感染孕妇面临母婴传播风险，未经干预的传播率可达15%–45%。儿科抗逆转录病毒治疗（ART）虽有效，但存在口感差、方案复杂、频繁给药、供应链不足及液体制剂需冷链储存等问题，导致依从性差、病毒控制不佳及耐药性增加。广谱中和抗体（bnAbs）作为HIV预防的补充工具，具有安全、耐受性好及长半衰期优势，但需通过注射或输注给药，侵入性强且依赖专业人员，尤其不适用于新生儿和婴儿。组合bnAbs（如VRC07-523LS、PGT121、PGDM1400）可中和99%的病毒株，但注射给药仍是主要限制。因此，研究人员旨在开发一种微创、可自给药、可能无需冷链的微针（MN）贴片平台，用于共同递送多种bnAbs，以实现HIV预防。

**研究内容与结论**
研究人员采用溶剂浇铸法制备了分别装载VRC07-523LS、PGT121和PGDM1400LS的1 cm²微针贴片像素，每个像素含约2 mg bnAb。通过机械测试、离体猪皮穿透测试、体外释放实验、HIV-1中和活性测定及大鼠体内药代动力学（PK）研究，验证了该平台的概念可行性。结果表明：微针可承受50 N压缩力，有效穿透猪皮；贴片在10分钟内完全释放bnAbs；VRC07-523LS和PGT121在制造后功能保持，而PGDM1400LS活性显著下降（p=0.03）；在大鼠中，三种bnAbs共同给药后3小时即可检测到血清浓度，第3天达峰值68 μg/mL，但第14天开始下降，可能因抗药物抗体反应。该研究首次证明了MN贴片可同时递送多种HIV bnAbs，为新生儿和婴儿提供了一种无创、可能无需冷链的预防策略，论文发表在《Molecular Pharmaceutics》。

**关键技术方法**（不超过250字）
主要技术方法包括：1）溶剂浇铸法制造微针贴片——将bnAbs与蔗糖（稳定剂）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，40 kDa，基质聚合物）混合，浇铸于聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具，真空干燥后通过热压粘贴聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）背衬层；2）机械性能测试——使用EZ-LX力学测试仪施加50 N压缩力评价微针强度；3）离体猪皮穿透测试——用罗丹明B染色的MN贴片经弹簧加载器手动施压至猪皮，观察穿透效果；4）体外释放实验——将贴片置于PBS缓冲液（37°C，50 rpm）中，10分钟内收集上清液，用BCA蛋白测定法计算释放百分比；5）中和活性测定——TZM-bl细胞与HIV-1BaL及bnAbs共孵育，通过Bright-Glo荧光素酶系统检测相对光单位（RLU）计算中和百分比；6）大鼠PK研究——雄性Sprague-Dawley大鼠（200–250 g）每只接受6个贴片（每个bnAb两个），在0小时、3小时、1天、3、5、7、14、21、28天采血，用抗独特型抗体ELISA检测血清bnAb浓度（检测限0.1 μg/mL）。

**研究结果**
- **3.1 微针贴片的制造与bnAb加载**
通过溶剂浇铸法成功制备了含15×15阵列（225个微针，高700 μm、基底直径400 μm、尖端直径5 μm）的1 cm²贴片。VRC07-523LS、PGT121和PGDM1400LS的平均加载效率分别为51.28%±4.19、52.90%±2.17和49.93%±5.13，每个贴片约含2 mg bnAb。光学显微镜和扫描电镜（SEM）图像确认了微针几何形状。

- **3.2 微针贴片的体外bnAb释放**
在PBS缓冲液（37°C）中，所有三种bnAbs在10分钟内完全释放（约100%），表明PVP基质快速溶解实现即时释放。

- **3.3 微针贴片的机械测试与离体猪皮穿透测试**
机械测试显示，三种bnAb贴片均可承受50 N总力（每微针约0.22 N），远高于文献报道的0.05–0.07 N皮肤插入阈值。离体猪皮测试中，罗丹明B染色的微针成功穿透皮肤，确认了微针的机械稳定性和穿刺能力。

- **3.4 制造条件暴露前后的抗病毒活性**
中和试验表明，VRC07-523LS和PGT121在制造后活性无显著变化，而PGDM1400LS的中和效力显著下降（p=0.03），可能与内在稳定性或与PVP相互作用有关。

- **3.5 大鼠中bnAb微针贴片的药代动力学研究**
三种bnAbs在大鼠中共同给药后，3小时首次采血点即可检测到血清浓度，第3天达峰值68 μg/mL，随后下降。PGT121（非LS修饰）的清除快于VRC07-523LS和PGDM1400LS（含LS突变），第14天时多数动物bnAb浓度降至检测限以下，可能由大鼠抗药物抗体（ADA）反应加速清除所致。

**总结讨论与结论翻译**
讨论部分指出，该研究初步证明了MN贴片平台在递送三种bnAbs方面的可行性，但存在局限性：加载效率仅约50%，需优化以提高经济性；PGDM1400LS活性损失需进一步探究原因；当前使用独立贴片，未来需整合为多像素单贴片；长期稳定性及终端灭菌方法需评估；缺乏可注射对照组，无法定量比较绝对暴露量和生物利用度。大鼠模型与人类存在异速生长和皮肤差异，需谨慎解释。研究结论部分翻译如下：
“研究人员首次展示了同时递送三种bnAbs的微针贴片平台的开发及1个月临床前评估。通过简单的溶剂浇铸法，制备了高载药量（约2 mg/1 cm²贴片）的无创微针贴片，实现快速体外释放（10分钟内约100%）。VRC07-523LS和PGT121在制造过程中保持了功能，而PGDM1400LS活性有所下降。在大鼠中，共同给药1 cm²贴片后3小时内血清中即可检测到抗体浓度。微针贴片设计为微创、可自给药、数分钟内完全溶解。其高载药量允许通过调整贴片大小或微针数量灵活给药。机械强度和离体猪皮测试表明，微针可可靠穿透人类皮肤而不破坏结构完整性。此外，固态制剂可能消除冷链储存和运输需求，完全溶解的特性避免了尖锐生物危害废物。这些特性增强了用户便利性，减轻了医疗负担，为HIV预防提供了经济有效的途径。需要进一步进行ICH推荐的加速和实时稳定性研究，以及遵循监管机构（如FDA）指南进行临床转化。”