湖南大學：3D打印(yin)用於抗(kang)凝(ning)藥物重組(zu)水蛭素(su)新(xin)型(xing)微創(chuang)無痛遞(di)藥(yao)系(xi)統

抗凝(ning)治(zhi)療通(tong)常被(bei)用作心腦(nao)血(xue)管(guan)疾(ji)病治(zhi)療的(de)首(shou)。選策略，且此類(lei)患(huan)者(zhe)大多需(xu)要(yao)長(chang)期(qi)甚(shen)至(zhi)終(zhong)身服用(yong)抗凝(ning)藥物。直(zhi)接口(kou)服抗(kang)凝(ning)劑有(you)導致胃腸(chang)道出血的風(feng)險(xian)，尤其是對(dui)於有(you)胃腸(chang)道疾病如(ru)胃腸(chang)道潰瘍(yang)的(de)患(huan)者(zhe)，這種(zhong)出血(xue)是致命的(de)。皮(pi)下(xia)或靜(jing)脈(mai)註(zhu)射給(gei)藥或可(ke)規(gui)避胃腸(chang)道出血的風(feng)險(xian)，但是註(zhu)射給(gei)藥需專(zhuan)業人(ren)員輔助(zhu)，這(zhe)對長期(qi)用藥的(de)患(huan)者(zhe)而言極其不便，註(zhu)射引起(qi)的(de)疼痛亦(yi)會導(dao)致患(huan)者(zhe)用藥依(yi)從(cong)性(xing)較(jiao)差(cha)。此外(wai)，皮下(xia)註(zhu)射抗凝(ning)劑還(hai)會導(dao)致皮下(xia)出血(xue)淤青(qing)，增(zeng)加(jia)感(gan)染(ran)風(feng)險(xian)，給(gei)抗凝(ning)藥物臨(lin)床應(ying)用(yong)帶(dai)來了(le)極大的不便。透(tou)皮給(gei)藥作為壹種(zhong)前瞻性(xing)給(gei)藥策略，可(ke)以補(bu)充(chong)註(zhu)射和口(kou)服給(gei)藥的局(ju)限性(xing) (圖1)。

圖1. 臨(lin)床抗(kang)凝(ning)藥物給(gei)藥方(fang)式(shi)及不良反應(ying)

微(wei)針(zhen) (Microneedle，MN) 作為微米級(ji)的微創(chuang)設(she)備(bei)，可(ke)通過(guo)破壞(huai)皮膚(fu)最外(wai)層(ceng)角(jiao)質(zhi)層(ceng)產生(sheng)短(duan)暫的疏水性(xing)毛孔，將(jiang)治(zhi)療藥(yao)物輸(shu)送(song)至(zhi)表皮(pi)中(zhong)，被(bei)認(ren)為是最有(you)前途(tu)的透(tou)皮給(gei)藥系(xi)統之壹。目(mu)前(qian)，微(wei)針(zhen)的(de)制備(bei)主(zhu)要通(tong)過(guo)微(wei)模(mo)型(xing)澆鑄(zhu)法(fa)，但是用(yong)於微(wei)模(mo)型(xing)制備(bei)的(de)方(fang)法大多局(ju)限(xian)於光(guang)刻或者(zhe)化(hua)學(xue)蝕刻，工藝(yi)復雜、周(zhou)期(qi)長且成(cheng)本(ben)高，限制了(le)微針(zhen)的(de)多樣性(xing)和個(ge)性(xing)化(hua)發(fa)展。高精度 3D 打印(yin)是近(jin)年(nian)來新(xin)興的壹種(zhong)微模(mo)型制備(bei)方(fang)法，由於該(gai)法簡(jian)單高效(xiao)且成(cheng)本相對較(jiao)低(di)，已廣泛(fan)應(ying)用(yong)於生(sheng)物醫(yi)藥(yao)的各領(ling)域(yu)，為微針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)的(de)設(she)計(ji)制備(bei)提供了(le)新(xin)的(de)選擇(ze)。

圖2.微(wei)針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)的(de)設(she)計(ji)與(yu)打印(yin) A. 1#微針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)模(mo)擬(左)、打印(yin)預覽(lan)(中(zhong))及3D 打(da)印(yin)微針(zhen)的(de)長(chang)度(右)；B.2#微針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)模(mo)擬(左)、打印(yin)預覽(lan)(中(zhong))及3D 打(da)印(yin)微針(zhen)的(de)長(chang)度(右)；C.設計模(mo)型(xing)和(he)打印(yin)模型(xing)對(dui)比

近(jin)期(qi)，復旦大學代謝分子(zi)醫(yi)學教育部(bu)重點實(shi)驗室於敏(min)教授(shou)團(tuan)隊聯合(he)復旦大學藥學院沈(shen)騰老師(shi)提出了(le)壹種(zhong)基於 3D 打(da)印(yin)技(ji)術的微模型(xing)制備(bei)方(fang)法。該(gai)團隊利(li)用新(xin)型(xing)超高(gao)精(jing)度 3D 打印(yin)技(ji)術 (nano Arch P140，摩(mo)方(fang)精密(mi)) 實(shi)現了(le)個性(xing)化(hua)設(she)計的微(wei)針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)的(de)制備(bei)，並(bing)通過(guo)開(kai)發(fa)壹條(tiao)新(xin)的(de)模型復刻工藝(yi)成(cheng)功(gong)制備(bei)了(le)基於 3D 打(da)印(yin)模型(xing)的(de)微(wei)針(zhen)模(mo)具(ju)，最終(zhong)制備(bei)了(le) r-hirudin 新(xin)型(xing)微創(chuang)無痛遞(di)藥(yao)系(xi)統。該(gai)方(fang)法成(cheng)功(gong)解決了(le)以光(guang)敏(min)樹脂(zhi)為打印(yin)材料的微(wei)針(zhen)陣(zhen)列表(biao)面(mian) PDMS 無法固(gu)化(hua)導(dao)致的模型翻制問題，同(tong)時(shi)進(jin)壹步(bu)拓展了(le) 3D 打印(yin)在(zai)微針(zhen)陣(zhen)列設(she)計(ji)制備(bei)領(ling)域(yu)的應(ying)用(yong)。利用高(gao)精度 3D 打印(yin)制備(bei)的(de)微(wei)針(zhen)陣(zhen)列擁有(you)較(jiao)高(gao)的分辨率，打印(yin)的微(wei)針(zhen)形(xing)貌特(te)征(zheng)保(bao)留(liu)完整、尺寸均(jun)壹，為載(zai)藥(yao)微針(zhen)的(de)定(ding)性(xing)與(yu)定量分析奠定了(le)基礎(chu)。相(xiang)關成(cheng)果(guo)以“Design and fabrication of r-hirudin loaded dissolving microneedle patch for minimally invasive and long-term treatment of thromboembolic disease" 為題發表在(zai)《Asian Journal of Pharmaceutical Sciences》期(qi)刊上(shang)。

圖3.微(wei)針(zhen)模(mo)具(ju)及 3DMN 制備(bei)流程圖

由於以(yi)光(guang)敏(min)樹脂(zhi)為打印(yin)材料的微(wei)針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)在(zai)用 PDMS 進(jin)行模(mo)型(xing)翻制時在(zai)接觸表(biao)面(mian) PDMS 無法固(gu)化(hua)，所(suo)以選擇(ze)明膠作為中間過渡材料替代(dai)直(zhi)接使用(yong) PDMS 進(jin)行微(wei)針(zhen)模(mo)具(ju)制備(bei)，開(kai)發(fa)壹條(tiao)新(xin)的(de)模型制備(bei)工(gong)藝(yi)(圖(tu) 3)，並(bing)通過(guo)該(gai)路線(xian)成功(gong)制備(bei)了(le)微針(zhen)制備(bei)模(mo)具(ju)。將(jiang)該(gai)模具(ju)應(ying)用(yong)於r-hirudin 遞(di)藥(yao)系(xi)統的制備(bei)，通(tong)過(guo)連(lian)續的(de)微模型澆鑄(zhu)並(bing)輔以恒(heng)溫真空制備(bei)r-hirudin 荷(he)載(zai)的(de) 3DMN。對 3DMN 進(jin)行表(biao)征(zheng)分析並(bing)在(zai)實(shi)驗動(dong)物體(ti)內(nei)進(jin)行微(wei)針(zhen)給(gei)藥的藥(yao)效(xiao)學與(yu)藥物代(dai)謝(xie)動力(li)學(xue)分析，結(jie)果(guo)顯示 3DMN 給(gei)藥可(ke)以實(shi)現快(kuai)速(su)的(de)透(tou)皮藥(yao)物遞(di)送(song)，血(xue)藥(yao)濃(nong)度在(zai)給(gei)藥後 0.5 h 達到峰(feng)值(zhi) (圖(tu) 4D-F)，血(xue)液的(de)凝(ning)固時(shi)間在(zai) 3DMN 給(gei)藥後顯著延(yan)長 (圖 4A-C)。對 3DMN 給(gei)藥的生(sheng)物利(li)用(yong)度(BA) 進(jin)行分析，發現 3DMN 給(gei)藥相對(dui)於皮(pi)下(xia)註(zhu)射給(gei)藥的BA可(ke)達50% (圖(tu) 4G-F)。該(gai)結(jie)果(guo)初步(bu)驗證(zheng)了(le)基於高(gao)精(jing)度 3D 打印(yin)的微(wei)針(zhen)陣(zhen)列模(mo)型(xing)制備(bei)的(de) 3DMN 在(zai)介導(dao)透(tou)皮 r-hirudin 遞(di)送(song)中(zhong)的(de)可(ke)行性(xing)。

圖4. 3DMN 介(jie)導(dao)的(de)r-hirudin 透(tou)皮遞(di)送(song)的(de)體(ti)內(nei)藥(yao)效(xiao)學與(yu)藥物代(dai)謝(xie)動力(li)學(xue)研究 A-C. 血液凝(ning)固時(shi)間隨給(gei)藥時間的變(bian)化(hua)；D-F. 血(xue)清(qing) r-hirudin 濃(nong)度隨時間變(bian)化(hua)曲線(xian)；F. 不同給(gei)藥方(fang)式(shi)血(xue)清(qing)藥(yao)物濃(nong)度隨時間變(bian)化(hua)曲線(xian) G. 不同給(gei)藥方(fang)式(shi)血(xue)清(qing)藥(yao)物濃(nong)度參數

進(jin)壹步(bu)研究 3DMN 在(zai)血栓(shuan)性(xing)疾病(bing)防(fang)治(zhi)中的(de)應(ying)用(yong)，分別構(gou)建腎上(shang)腺素(su)/Ⅰ型(xing)膠原(yuan)混(hun)合(he)物尾(wei)靜(jing)脈(mai)註(zhu)射誘導(dao)的(de)急性(xing)肺(fei)栓(shuan)塞(sai)動物模(mo)型(xing)和三氯(lv)化(hua)鐵(tie)損傷(shang)誘(you)導的(de)腸(chang)系(xi)膜(mo)微(wei)動(dong)脈(mai)血栓動(dong)物模(mo)型(xing)，將載(zai)藥(yao) 3DMN 用於動(dong)靜(jing)脈(mai)血(xue)栓(shuan)的(de)預防(fang)性(xing)治(zhi)療，研究發現

3DMN 介(jie)導的(de)r-hirudin 用藥(yao)可(ke)以顯著抑制急性(xing)肺(fei)栓(shuan)塞(sai)模型小鼠肺(fei)部(bu)血(xue)管(guan)栓(shuan)塞的形(xing)成 (圖(tu) 5C-D)，提高小(xiao)鼠的存(cun)活率(lv) (圖(tu) 5A-B)。此外(wai)還(hai)觀察(cha)到，3DMN 介(jie)導(dao)的 r-hirudin 用藥同樣可(ke)以顯著三氯(lv)化(hua)鐵(tie)損傷(shang)誘(you)導的(de)腸(chang)系(xi)膜(mo)動(dong)脈(mai)血(xue)栓的形(xing)成，降(jiang)低血栓發生(sheng)率(lv) (圖 6)。以(yi)上(shang)結(jie)果(guo)進(jin)壹步(bu)說(shuo)明 3DMN 可(ke)用於動(dong)靜(jing)脈(mai)血(xue)栓(shuan)的(de)預防(fang)性(xing)用藥(yao)，而高精度 3D 打印(yin)技(ji)術的出現不僅豐(feng)富(fu)了(le)微針(zhen)多樣性(xing)，也(ye)為未來臨(lin)床用(yong)藥個體微針(zhen)量身定制提供了(le)基礎(chu)，具(ju)有(you)極大的經濟效(xiao)益與(yu)社(she)會(hui)效(xiao)益。

圖5. 3DMN 在(zai)預防(fang)急(ji)性(xing)肺(fei)栓(shuan)塞(sai)中的應(ying)用(yong)A-B. 3DMN 給(gei)藥對急(ji)性(xing)肺(fei)栓(shuan)塞(sai)小鼠生(sheng)存(cun)率的(de)影(ying)響(xiang)；C. 小鼠肺(fei)部(bu)組(zu)織(zhi)石(shi)蠟切片(pian) HE 染色；D. 小(xiao)鼠肺(fei)部(bu) CT 掃(sao)描圖

圖 6. 3DMN 在(zai)預防(fang)腸(chang)系(xi)膜(mo)微(wei)動(dong)脈(mai)血栓中(zhong)的(de)應(ying)用(yong) A. 血小板(ban)在(zai)血管(guan)損傷(shang)部(bu)位聚集(ji)的(de)體內(nei)成(cheng)像；B. 血栓(shuan)形(xing)成率(lv)的統計分析圖；C. 血栓(shuan)形(xing)成長(chang)度統計分析圖