跨組織層遞送分子的方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年9月27日提交的名稱為METHODS AM) APPARATUS FOR DELIVERY OF MOLECULES ACROSS LAYERS OF THE SKIN的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)61/883， 701的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)。該申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上涉及使用非熱等離子體使分子能夠跨組織(包括皮膚的層）的細(xì)胞 內(nèi)或細(xì)胞間運(yùn)輸或增強(qiáng)分子跨組織(包括皮膚的層）的細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間運(yùn)輸?shù)姆椒ê图夹g(shù) 方案;更特別地用于在皮膚或組織內(nèi)開(kāi)孔并且使一種或多種分子跨皮膚或組織的層運(yùn)輸以 進(jìn)行深部組織消毒;遞送疫苗、藥品和化妝品；改善皮膚健康等的方法和技術(shù)方案。
[0004] 發(fā)明背景
[0005]經(jīng)皮遞送是局部的，非侵入性的并具有使藥物和其它分子持續(xù)并受控釋放的可能 性。此外，經(jīng)皮藥物遞送避免了首過(guò)代謝，其在藥物到達(dá)循環(huán)系統(tǒng)之前降低了藥物濃度。此 外，經(jīng)皮吸收使胃腸道刺激的風(fēng)險(xiǎn)最小化，使和胃腸外施用相關(guān)的疼痛和其它并發(fā)癥最小 化。
[0006] 但是，經(jīng)皮遞送需要分子通過(guò)皮膚。圖1示出了皮膚100的各層。皮膚100的外層是 角質(zhì)層（"SC"）102 AC 102由死的，扁平的和富含角蛋白的細(xì)胞(稱為角質(zhì)細(xì)胞)組成。這些 致密細(xì)胞被細(xì)胞間脂質(zhì)（即神經(jīng)酰胺、游離脂肪酸、膽固醇和膽固醇硫酸酯）的復(fù)雜混合物 所包圍。分子跨越SC的主要擴(kuò)散途徑似乎為分子間的。皮膚的其余層是表皮（活性表皮 (viable epidermis)) 104,真皮106和皮下組織108〇
[0007] 僅一小部分化合物可以經(jīng)皮遞送，因?yàn)槠つw100具有阻礙性質(zhì)，即高親脂性的SC 102,其阻止分子滲透入皮膚。其結(jié)果是，只有分子量(Mff)小于500Da的分子可以局部或經(jīng)皮 施用。通常，對(duì)于藥物應(yīng)用而言，當(dāng)目標(biāo)是局部皮膚病治療、經(jīng)皮全身治療或疫苗接種時(shí)，新 型化合物的開(kāi)發(fā)被限于小于500Da的分子量。此外，大多數(shù)藥物跨皮膚的運(yùn)輸是非常慢的， 達(dá)到穩(wěn)態(tài)通量的滯后時(shí)間是以小時(shí)測(cè)定的。因此，在不人為提高皮膚滲透的情況下達(dá)到治 療有效的藥物水平是困難的。
[0008] 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多化學(xué)和物理增強(qiáng)技術(shù)以試圖以可逆方式折衷皮膚屏障功能?？梢?將這些嘗試劃分為被動(dòng)和主動(dòng)方法。
[0009] 增強(qiáng)經(jīng)皮藥物遞送的被動(dòng)方法包括使用載體如軟膏、乳膏、凝膠和被動(dòng)貼片技術(shù)。 此外，也有人為損壞屏障以改善活性物質(zhì)滲透的其它被動(dòng)方法，例如微針?lè)?，其在皮膚內(nèi)產(chǎn) 生大約100-200μπι深度的小孔以改善滲透。能夠使用這些方法遞送的物質(zhì)的量是有限的，因 為皮膚的屏障性質(zhì)沒(méi)有被從根本上改變。
[0010] 增強(qiáng)經(jīng)皮藥物遞送系統(tǒng)的主動(dòng)方法包括使用外部能量來(lái)充當(dāng)驅(qū)動(dòng)力和/或用以降 低SC屏障阻力并增強(qiáng)藥物分子向皮膚內(nèi)的滲透。離子電滲療法和電穿孔是主動(dòng)的經(jīng)皮藥物 遞送系統(tǒng)的兩種常見(jiàn)方法。
[0011] 離子電滲療法是通過(guò)應(yīng)用電流來(lái)增加帶電藥物向皮膚內(nèi)滲透的方法。遞送的化合 物的量與通過(guò)的電荷量成正比；即其依賴于所施加的電流、電流應(yīng)用的持續(xù)時(shí)間和與活性 電極室所接觸的皮膚表面積。離子電滲療法的優(yōu)點(diǎn)包括起效時(shí)間改善，也包括更快速的結(jié) 束時(shí)間，也就是說(shuō)，一旦電流被切斷，則沒(méi)有化合物的進(jìn)一步運(yùn)輸。
[0012] 為了使用離子電滲療法遞送藥物，在與藥物具有相同電荷的電極下施加藥物，并 且將具有相反電荷的回路電極置于人體表面。施加適當(dāng)時(shí)間長(zhǎng)度的低于患者疼痛閾值水平 的電流。因?yàn)橄嗨齐姾杀舜伺懦猓娏髟黾恿怂幬锵虮砻娼M織內(nèi)的滲透，且不改變SC的結(jié) 構(gòu)。離子電滲療法主要通過(guò)皮膚內(nèi)的現(xiàn)有路徑(如毛囊和汗腺)輸送藥物。當(dāng)在長(zhǎng)的時(shí)間段 內(nèi)期望低水平的遞送時(shí)，通常使用離子電滲療法。離子電滲療法涉及使用相對(duì)較低經(jīng)皮電 壓（〈100V)。
[0013] 藥物通過(guò)離子電滲療法的經(jīng)皮吸收是受藥物濃度，藥物極性，供體溶液pH，離子競(jìng) 爭(zhēng)，離子強(qiáng)度，電極極性等的影響。離子電滲療法因?yàn)槭褂秒娊佑|皮膚(其可能導(dǎo)致患者不 適，肌肉收縮，疼痛，有時(shí)甚至是皮膚損傷和燒傷)而具有安全問(wèn)題。
[0014] 電穿孔是用于經(jīng)皮藥物遞送的方法，其由向皮膚施加高電壓脈沖組成。所施加的 高電壓起著雙重作用。首先，其產(chǎn)生了用于增強(qiáng)藥物滲透性的新路徑;第二，其提供電力以 驅(qū)動(dòng)類似帶電的分子通過(guò)新產(chǎn)生的孔。電穿孔通常用于細(xì)胞膜的單層磷脂雙層。然而，已經(jīng) 證明，皮膚電穿孔是可行的，即使SC含有具有磷脂且沒(méi)有活細(xì)胞的多層的細(xì)胞間脂質(zhì)雙層。
[0015] 皮膚電穿孔需要高經(jīng)皮電壓（~100V或更高，通常>100V)。在經(jīng)皮電穿孔中，對(duì)皮 膚所施加的電脈沖的主要電壓降跨SC建立。該電壓分布導(dǎo)致SC的電擊穿（電穿孔）。如果所 施加的脈沖的電壓超過(guò)約75至100V的電壓閾值，則通過(guò)SC的擊穿部位建立了微通道或"局 部輸送區(qū)域"。
[0016] DNA導(dǎo)入是電穿孔最常見(jiàn)的用途。分離細(xì)胞的電穿孔也被用于（1)引入酶，抗體以 及其他生化試劑以進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)；（2)在許多更小細(xì)胞的存在下選擇性生化加載一種尺 寸的細(xì)胞；（3)引入病毒和其他顆粒；（4)在無(wú)毒條件下殺滅細(xì)胞;和(5)使膜大分子插入細(xì) 胞膜內(nèi)。
[0017] 與皮膚/組織接觸的電極的存在和以這種方式向皮膚/組織內(nèi)遞送電流導(dǎo)致患者 不適，肌肉收縮，疼痛，有時(shí)甚至是皮膚損傷和燒傷。此外，電穿孔?；ㄙM(fèi)數(shù)小時(shí)(例如6至24 小時(shí)）以經(jīng)皮驅(qū)動(dòng)治療量的藥物或其它分子。
[0018] 題目為"Method to Facilitate Directed Delivery and Electroporation Using a Charged Steam"的美國(guó)專利8,455,228號(hào)提及"按照本發(fā)明的方法和裝置有效地 使用電場(chǎng)調(diào)節(jié)靶分子的電化學(xué)電勢(shì)，由此通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)輸機(jī)理提供靶分子進(jìn)入和/或跨組織 的分子運(yùn)輸"。該'228號(hào)專利公開(kāi)的第一實(shí)施方式具有介電性質(zhì)以確保其將保持足以極化 包含在容器內(nèi)和多個(gè)電穿孔施加器內(nèi)的帶電實(shí)體的電荷。'228號(hào)專利的公開(kāi)內(nèi)容有一些不 足。首先，其要求分子可被極化或帶電；第二，其需要電穿孔施加器;第三，該分子在過(guò)程中 與等離子體接觸，其可能改變分子結(jié)構(gòu)，引起不良的結(jié)果。
[0019] '228號(hào)專利還公開(kāi)了第二實(shí)施方式，其采用具有圍繞內(nèi)部腔室的基環(huán)的等離子射 流。該公開(kāi)涉及如下裝置:其在內(nèi)部腔室內(nèi)含有懸浮在流體中的細(xì)胞并且促進(jìn)細(xì)胞攝取;或 皮內(nèi)注射質(zhì)粒和使注射部位暴露至等離子體。
[0020] 美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2014/0188071公開(kāi)了一種向皮膚施加物質(zhì)和向相同區(qū)域施加等 離子體的方法。'071公開(kāi)文本公開(kāi)了持有藥物的開(kāi)孔泡沫，水等，并通過(guò)開(kāi)孔泡沫施加等離 子體。通過(guò)開(kāi)孔泡沫施加等離子體和使藥物接觸等離子體可能改變藥物的分子結(jié)構(gòu)，并導(dǎo) 致不希望的副作用和/或使藥物失效。
[0021] 美國(guó)專利公開(kāi)2012/0288934公開(kāi)了一種等離子體射流，并且活性物質(zhì)通過(guò)等離子 體射流的氣流被施加至皮膚并通過(guò)屏障門(mén)（已通過(guò)等離子體打開(kāi))運(yùn)送到活細(xì)胞區(qū)域。通過(guò) 等離子體射流的氣被施加活性物質(zhì)可能改變活性物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致不希望的副作用 和/或使活性物質(zhì)失效。
[0022] 發(fā)明概述
[0023] 本文公開(kāi)了將分子遞送或移動(dòng)到皮膚內(nèi)的方法，該方法包括:通過(guò)向皮膚表面施 加等離子體而在皮膚內(nèi)打開(kāi)孔；向皮膚表面施加載體，所述載體具有分子量大于500Da的一 種或多種分子；以及將分子運(yùn)送通過(guò)孔到達(dá)期望的深度。
[0024] 此外，本文公開(kāi)了增強(qiáng)滲透的方法，其通過(guò)向皮膚表面施加等離子體而在皮膚內(nèi) 打開(kāi)孔;然后向皮膚表面施加載體，所述載體具有分子量小于500Da的一種或多種分子；以 及將分子運(yùn)送通過(guò)孔到達(dá)期望的深度。
[0025] 此外，本文公開(kāi)了通過(guò)皮膚遞送分子的方法，其通過(guò)向皮膚表面施加等離子體而 在皮膚內(nèi)打開(kāi)孔；向皮膚表面施加載體，持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量，所述載體具有分子量大于 500Da的一種或多種分子;然后再施加等尚子體。
[0026] 本文公開(kāi)了向皮膚施加消毒劑的示例性方法。一個(gè)示例性方法包括:將等離子體 施加至皮膚表面，以在皮膚內(nèi)打開(kāi)可逆的孔;然后向皮膚表面施加消毒劑；以及運(yùn)送消毒劑 通過(guò)孔到達(dá)期望的深度。
[0027] 本文公開(kāi)了經(jīng)皮藥物遞送的示例性方法。一個(gè)示例性方法包括:將等離子體施加 至皮膚表面以在皮膚內(nèi)打開(kāi)孔;然后向皮膚表面施加藥物；以及運(yùn)送藥物通過(guò)孔到達(dá)期望 的深度。
[0028] 本文公開(kāi)了經(jīng)皮疫苗接種的示例性方法。一個(gè)示例性方法包括:將等離子體施加 至皮膚表面以在皮膚內(nèi)打開(kāi)孔;然后向皮膚表面施加疫苗；以及運(yùn)送疫苗通過(guò)孔到達(dá)期望 的深度。
[0029] 本文公開(kāi)了治療痤瘡的示例性方法。一個(gè)示例性方法包括：用等離子體處理皮膚 上痤瘡的一個(gè)或多個(gè)部位，然后將抗微生物劑施加至痤瘡的一個(gè)或多個(gè)部位。<