Biofluidix 压电式纳升分液装置Pipejet用于透皮给药系统

环亚生物

2024.07.02 点击0次

近十年来，溶解微针阵列（Dissolving microneedle arrays，dMNAs）用于透皮接种疫苗已取得极大发展。与传统的肌肉注射和皮下注射相比，dMNAs可诱导相似或更高水平的免疫反应，同时溶解在微针中的抗原疫苗更稳定，无需冷链运输，可自行完成接种，减少医疗系统压力。

目前，dMNAs主要通过抗原和构成微针的聚合物混合，浇筑模型后离心的方式制备。然而，该制备过程中的微针阵列背板中，存在大量的抗原残留，成本的增加限制了dMNAs技术的应用。

Biofluidix 压电式纳升分液装置Pipejet用于透皮给药系统

荷兰莱顿大学莱顿药物研究中心的一个研究团队于2021年在《International Journal of Pharmaceutics》杂志发表了一篇名为《Engineering of an automated nano-droplet dispensing system for fabrication of antigen-loaded dissolving microneedle arrays》的文章。在该研究中，研究团队使用自动纳升分液技术开发了一种新的dMNA制备工艺，不但保留了原有dMNA的优势，而且极大提升了抗原使用效率，大大降低了透皮接种疫苗成本。

实验流程与结果

1. 微针聚合物材料筛选

以聚乙烯吡咯烷酮/聚乙二醇（PVP/PEG）、聚乙烯醇（PVA）、透明质酸（HA）、羧甲基纤维素（CMC）和明胶作为微针聚合物的候选材料，利用传统离心法制备dMNA，根据制备dMNA的热稳定性、脆性、粘度等因素筛选最为合适的聚合物候选材料。

测试结果表明，除部分配方不适合制备微针（如 3.25% （w/v）的 PVP/PEG会导致微针过脆而断裂，50% （w/v） PVA的粘度太高无法浇筑在模具上）外，其余均进入后续实验。

2. 离体人体皮肤的渗透实验和溶解实验

利用离体人体皮肤，测试上述不同配方制备的dMNAs穿透效果和溶解效果。

渗透实验结果表明，所有选定的dMNAs在人体腹部皮肤中都显示出优异的渗透效率，即使穿透效果最低的40% （w/v）明胶 dMNAs，其穿透效果也达到了91.7,%，表明一个9微针的阵列中至少有8个针可以穿透皮肤。

溶解实验结果表明，在透皮5分钟后，不同材质的dMNAs溶解效率有较大差别，其中溶解效果最好的是6.5% （w/v） PVP/PEG。溶解的越充分，疫苗利用率越高，因此选用该材料作为后续微针制备的标准配方。

3. 利用纳升分液技术制备微针

在选定聚合物候选材料后，研究团队搭建了一套全自动纳米分液装置，其核心部件——德国Biofluidix公司的Pipejet全自动纳升分液器。Pipejet可以转移小至2nL的液滴，将其加入14nl的微针腔体内。该系统以Pipejet为核心，配套质控相机、真空室、XYZ移动平台等设备搭建完成。（图1）

Biofluidix 压电式纳升分液装置Pipejet用于透皮给药系统

图1 用于 dMNAs 制备的自动系统示意图（a）Pipejet纳升分液器，（b）点样器支架，（c）数码显微镜相机，（d）铝棒，（e）线性平台，（f）真空室，（g）真空泵，（h）将PDMS模具放置在真空室的顶部（分配器和载物台均由软件Python操作）

微针制备过程：1）将聚合物溶液浇筑在构建好的微针模具中，制成具有空腔的微针；2）将代替抗原的荧光标记卵清蛋白通过Pipejet加入微针空腔；3）利用离心和负压排除空气，制成微针。

4. 效果测试

离体人体的皮肤测试效果表明，新方法制备的微针在穿透率和溶解效率上，与已有方法即全程离心法制备的微针相似（图2）。但是，新方法的抗原只存在在微针处，且2nl抗原就可制备一个dMNAs，对比全程离心法需要90ul抗原，大大节省了抗原成本。

Biofluidix 压电式纳升分液装置Pipejet用于透皮给药系统

图2.荧光标记的卵清蛋白负载微针的显微镜图像（a）在皮肤穿透前含有 AF647 标记卵清蛋白的微针，（b） 100% 的皮肤穿透效率（n = 4），表明微针具有足够的锋利度和机械强度，卵清蛋白的成功递送可从（c）穿透皮肤的荧光中显示，（d） 5 分钟和（e） 15 分钟溶解后剩余微针的明场显微镜图像，f）溶解15分钟后剩余微针的荧光显微镜图像

综上所述，纳升分液自动化制备的微针，其效果与传统离心法相似，但大大降低了抗原损耗和成本，可进入更大范围的工业推广。

更多资讯请访问文献全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120473

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