本發(fā)明涉及給藥裝置，具體地說涉及一種用于生物大分子透皮遞藥的高分子微針及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來，生物大分子藥物取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，2006年全球前100暢銷藥物中只有24中大分子藥物，然后到了2016年，這個(gè)數(shù)字增長(zhǎng)到47種。2015年暢銷藥物前十名中，生物大分子藥物更是占到了8個(gè)席位。最常用的生物大分子藥物的遞送方式是注射給藥，包括靜脈注射和皮下注射，但是注射給藥通常需要醫(yī)生的監(jiān)護(hù)，產(chǎn)生較大的痛感，病人依從性較差，存在感染風(fēng)險(xiǎn)等。

生物大分子藥物的非注射給藥方式近些年來受到廣泛的關(guān)注，目前已報(bào)道的的方式包括鼻腔給藥、肺部給藥、口服給藥、透皮給藥等。常見的大分子藥物例如多肽和蛋白質(zhì)，他們的分子量往往是幾千至幾十萬(wàn)，分子直徑1至100納米不等，因而很難像小分子藥物一樣通過擴(kuò)散透過組織表層進(jìn)而被吸收利用。非注射給藥方式包括透皮給藥，最大的挑戰(zhàn)在于如何提高藥物的生物利用度。

近年來微針透皮給藥取得了巨大的進(jìn)展，微針可以通過刺穿表皮角質(zhì)層，創(chuàng)造出微納米孔道利于藥物進(jìn)入到真皮和皮下組織，進(jìn)而通過毛細(xì)血管被吸收來提高生物利用度。常見的微針有金屬，硅和高分子等多種材質(zhì)，根據(jù)不同材質(zhì)利用相應(yīng)的加工方法制成，包括微納米加工，金屬模板加工，氣體等離子體刻蝕加工等方法，但是以上各種方法往往具有加工精度低、成本高、加工工序繁瑣、難以大規(guī)模生產(chǎn)等局限性。

另一個(gè)生物大分子藥物遞送的挑戰(zhàn)是如何遞送大劑量的藥物并保持其生物活性。相較于小分子藥物，大分子藥物，尤其是抗體和荷爾蒙類藥物，往往需要遞送較高劑量(微克至毫克量級(jí))的藥物以達(dá)到預(yù)期的治療效果。由于絕大多數(shù)生物大分子藥物在體內(nèi)外的不穩(wěn)定性，較高濃度或較高劑量的藥物難以負(fù)載再常規(guī)的高分子微針之上。同時(shí)為了保證負(fù)載的生物大分子藥物的生物活性，需要對(duì)微針結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)地設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是為了解決現(xiàn)有微針不易制備及給藥效果不理想的技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)合理、給藥效果好且易制備的高分子微針及其制備方法和應(yīng)用。

為此，本發(fā)明提供一種高分子微針，高分子微針設(shè)有基底，基底上設(shè)有針體，針體上設(shè)有納米涂層；基底和所述針體由高分子材料和引發(fā)劑的混合物制成；納米涂層由高分子材料構(gòu)成。

優(yōu)選的，針體形狀為圓錐形、類圓錐形或多角錐形，針體的整體高度為100-2000μm，針體的底部直徑為100-1000μm；基底的邊長(zhǎng)或直徑為1-100mm，針體集成陣列位于所述基底，陣列規(guī)格為1mm×1mm-1000mm×1000mm，針體的針尖間距為100-5000μm。

優(yōu)選的，高分子材料為光引發(fā)聚合單體，其為三甘醇二丙烯酸酯、三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、不同分子量的聚(乙二醇)二丙烯酸酯中的一種或幾種。

優(yōu)選的，引發(fā)劑為光引發(fā)劑，其為2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、苯二酚(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦、2-羥基-4'-(2-羥基乙氧基)-2-甲基苯丙中的一種或幾種。

本發(fā)明同時(shí)提供了高分子微針的制備方法，其包括如下步驟：(1)將光引發(fā)聚合單體和引發(fā)劑按一定質(zhì)量比(范圍為100：(0.1-20))混合，將其倒入立體光刻3d打印的墨盒中；(2)將設(shè)計(jì)好的高分子微針結(jié)構(gòu)輸入3d打印機(jī)中，開始打??；(3)待打印結(jié)束，取出樣品，移除表面的溶液：(4)將樣品至于紫外燈下后處理10-30分鐘；(5)在高分子微針表面修飾納米涂層。

優(yōu)選的，步驟(5)包括如下步驟：在潔凈的高分子微針表面上滴加高分子涂料溶液，待溶液均勻鋪滿微針表面后，移除表面多余溶液，將高分子微針放置于-80℃超過2小時(shí)；將高分子微針浸沒于環(huán)己烷溶劑中，10分鐘后將其取出，真空處理1-4小時(shí)。

優(yōu)選的，高分子涂料溶液為聚乳酸、聚丙烯晴、明膠、尼龍的一種；所述的涂料溶液的溶劑為四氫呋喃、甲醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜的一種。

本發(fā)明同時(shí)提供高分子微針在遞送生物大分子藥物中的應(yīng)用。

優(yōu)選的，生物大分子藥物為甲狀腺旁素、胰島素、肉毒桿菌、干擾素、單克隆抗體、膠原蛋白、肝素、透明質(zhì)酸、明膠以及組織生長(zhǎng)因子中的一種或幾種。

優(yōu)選的，高分子微針在遞送生物大分子藥物中的應(yīng)用，包括如下步驟：(a)將潔凈干燥的具有納米涂層的高分子微針浸沒于生物分子水溶液中，室溫下置于搖床上1-4小時(shí)；(b)移除表面多余溶液，將高分子微針放置于凍干機(jī)中，處理1-5小時(shí)；(c)干燥過的成品低溫密封保存?zhèn)溆谩?/p>

本發(fā)明所述的高分子微針由于具有表面納米涂層，能夠大幅的提高生物大分子藥物的負(fù)載量并能夠長(zhǎng)時(shí)間在保持其生物活性；通過調(diào)節(jié)涂層的制備參數(shù)和工藝，可以設(shè)計(jì)出不同負(fù)載量和不同釋放速率，用于活性生物大分子藥物的控制釋放。另外針體由生物相容性高分子制成，進(jìn)入皮下組織無(wú)毒副作用，同時(shí)避免了金屬、玻璃、硅等其他材質(zhì)微針可能的斷針的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明所述的3d打印制備高分子微針的工藝方法相對(duì)于已有的制備方法，具有工藝條件簡(jiǎn)單，加工快速，精度高等優(yōu)勢(shì)，適合于大批量生產(chǎn)，能夠廣泛的應(yīng)用于透皮遞藥領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明高分子微針制備流程圖；

圖2為本發(fā)明高分子微針明場(chǎng)光學(xué)顯微鏡圖；

圖3為本發(fā)明高分子微針電子顯微鏡；

圖4為本發(fā)明高分子微針?biāo)幬?甲狀旁腺素)負(fù)載量圖；

圖5為本發(fā)明高分子微針?biāo)幬?甲狀旁腺素)體外藥物釋放曲線圖；

圖6為本發(fā)明高分子微針負(fù)載的藥物(甲狀旁腺素)室溫的生物活性；

圖7為本發(fā)明高分子微針體外大鼠皮膚測(cè)試圖；

圖8為本發(fā)明高分子微針處理過的大鼠皮橫截面的染色切片圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)力要求書中所描述的本發(fā)明。

本發(fā)明中所用的立體光刻3d打印機(jī)設(shè)備包括projet1200、projet6000hd、formlabsform2、dwslabxfab。

實(shí)施例1：3d打印法制備高分子微針

將光引發(fā)聚合單體(本實(shí)施例以聚(乙二醇)二丙烯酸酯(550分子量)為例，但不限于此。其他單體可選自三甘醇二丙烯酸酯、三環(huán)癸烷二甲醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、不同分子量的聚(乙二醇)二丙烯酸酯中的一種或幾種)和光引發(fā)劑(本實(shí)施例以苯二酚(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦)為例，但不限于此。其他光引發(fā)劑可選自2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、苯二酚(2,4,6-三甲基苯甲?；?-氧化膦、2-羥基-4'-(2-羥基乙氧基)-2-甲基苯丙中的一種或幾種)按照一定質(zhì)量比(本實(shí)施例以100：1為例，但不限于此。光引發(fā)聚合單體和引發(fā)劑按質(zhì)量比范圍包括100：(0.1-20))進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢韬蟮玫匠吻逋该饕后w，將該液體倒入projet12003d打印機(jī)的墨盒中。在電腦上設(shè)計(jì)并輸入高分子微針陣列的形狀參數(shù)，啟動(dòng)3d打印機(jī)打印出所設(shè)計(jì)的微針。打印完成后，用異丙醇沖除去表面剩余液體。將干潔的微針置于紫外燈下10分鐘，使其充分交聯(lián)。反應(yīng)結(jié)束后，真空烘干高分子微針(圖1)。使用光學(xué)顯微鏡觀察形態(tài)完好，制成精度高的高分子微針(圖2)。

實(shí)施例2：納米纖維的表面修飾

以聚左乳酸/四氫呋喃溶液實(shí)例說明納米纖維的表面修飾方法，但本方法應(yīng)用的高分子涂料溶液不僅限于聚左乳酸/四氫呋喃溶液，還包括其他類高分子涂料溶液，例如溶質(zhì)包括聚乳酸、聚丙烯晴、明膠、尼龍的一種；溶劑包括四氫呋喃、甲醇、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜的一種或幾種的高分子溶液。配置2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚左乳酸/四氫呋喃溶液，充分溶解后得到澄清透明液體。在潔凈的高分子微針表面上滴加聚左乳酸溶液，待溶液均勻鋪滿微針表面后，移除表面多余溶液，將高分子微針放置于-80℃冰箱中4小時(shí)。之后將高分子微針浸沒于環(huán)己烷溶劑中，10分鐘后將其取出，真空干燥處理4小時(shí)。使用高倍電子顯微鏡觀察高分子微針表面上的均勻的納米纖維涂層(圖3)。

實(shí)施例3：生物大分子藥物的裝載和釋放曲線

以甲狀旁腺素為例介紹生物大分子藥物的裝載方法，但本方法應(yīng)用的生物大分子藥物不僅限于甲狀旁腺素，還適用于其他類生物大分子藥物，例如甲狀腺旁素、胰島素、肉毒桿菌、干擾素、單克隆抗體、膠原蛋白、肝素、透明質(zhì)酸、明膠以及組織生長(zhǎng)因子中的一種或幾種。

甲狀旁腺素(pth)是美國(guó)食品和藥監(jiān)局唯一批準(zhǔn)的用于骨質(zhì)疏松治療的大分子多肽類藥物。目前的治療方案是每日皮下注射pth來治療骨質(zhì)疏松癥。本發(fā)明將使用高分子微針作為一種無(wú)痛方便的治療方案來遞送pth。將潔凈干燥的具有納米涂層的高分子微針浸沒于pth溶液中(1％質(zhì)量分?jǐn)?shù))，室溫下置于搖床上4小時(shí)。移除表面多余溶液，將高分子微針放置于凍干機(jī)中，處理5小時(shí)。將干燥的成品低溫密封保存?zhèn)溆谩Ｗ鳛楸容^，沒有納米涂層的高分子微針也是用上述同樣的方法來裝載pth。

具有納米涂層的高分子微針和沒有涂層的高分子微針在藥物裝載量和藥物釋放曲線這兩個(gè)重要的方面進(jìn)行比較。將兩組樣品置于同樣體積的磷酸鹽緩沖生理鹽水(pbs)中，在設(shè)計(jì)好的時(shí)間點(diǎn)收集溶液樣品，之后使用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(elisa)來測(cè)量溶液中所釋放出的pth的含量，進(jìn)而得到藥物負(fù)載量(圖4)和藥物釋放曲線(圖5)。數(shù)據(jù)顯示具有納米涂層的高分子微針比沒有涂層的高分子微針多負(fù)載18.6倍的pth，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)150小時(shí)的連續(xù)緩慢釋放。

使用pth活性細(xì)胞測(cè)試陣列，該高分子微針可以在室溫下有效地保存高達(dá)90％的負(fù)載的pth的生物活性長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月之久(圖6)。

實(shí)施例4：高分子微針的皮膚測(cè)試

將制備好的高分子微針輕按壓在大鼠的背部皮膚上，5分鐘后移開微針，可以觀察到微針的痕跡(圖7)。蘇木精-伊紅染色組織染色切片(圖8)清楚地顯示高分子微針陣列可以有效的刺破表皮，進(jìn)入到真皮層，可以用來實(shí)現(xiàn)高效的透皮遞送大分子藥物。