可溶性微針(DMN)作為疫苗輸送的新型遞送系統(tǒng),疫苗被整合到微針結(jié)構(gòu)中,在皮膚上使用時,微針穿透角質(zhì)層,并將疫苗傳遞給身體,產(chǎn)生免疫反應(yīng)。愛爾蘭科克大學(xué)藥學(xué)院Abina M. Crean教授利用MicroFab的壓電噴墨打印技術(shù),在高500μm,底部直徑166μm的微針上,成功制備了雙層DMN。壓電噴墨技術(shù)在皮升范圍內(nèi)的液滴體積精度變化為5%,可以精確控制液體制劑的分配,是商業(yè)化制造含有臨床相關(guān)流感疫苗的雙層DMN的前沿技術(shù)。
介紹
皮膚是一種免疫功能豐富的組織,也是人體最大的器官。理論上,皮膚是疫苗和藥物分子傳遞的理想目標(biāo)。然而,由于皮膚外層堅(jiān)硬、富含脂質(zhì)的角質(zhì)層,大多數(shù)生物藥物和小分子都無法滲透皮膚。可溶性微針(DMN)作為疫苗輸送的新型遞送系統(tǒng),疫苗被整合到微針結(jié)構(gòu)中,在皮膚上使用時,微針穿透角質(zhì)層,并將疫苗傳遞給身體,產(chǎn)生免疫反應(yīng)。這種經(jīng)皮疫苗輸送系統(tǒng)消除了利器廢物和針刺損傷的風(fēng)險,且與涂層微針裝置相比,可溶解的微針擁有更高的藥物負(fù)載。
DMN的常規(guī)生產(chǎn)方法是將液體制劑分配到聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具中,然后進(jìn)行干燥。但是PDMS具有疏水性和高界面張力等特性,故其生產(chǎn)時模具潤濕不足會導(dǎo)致空氣滯留在其孔內(nèi),導(dǎo)致微針尖端形成較差。壓電噴墨技術(shù)是一種“按需”的噴墨打印技術(shù),允許生產(chǎn)低皮升范圍(1-70皮升)的液滴尺寸,配合運(yùn)動平臺可以實(shí)現(xiàn)定位精確地分配?瓶舜髮W(xué)藥學(xué)院研究的主要目的是利用壓電噴墨技術(shù)制備雙層DMN,除了制造微針結(jié)構(gòu)外,重要的是還要證明在配藥過程中保持了要納入DMN的候選疫苗的完整性。因此,還有部分研究是證明壓電分配后的季節(jié)性流感疫苗的完整性。
利用MicroFab微液滴發(fā)生系統(tǒng)以及Thorlabs步進(jìn)電極搭建的樣品制備平臺如圖1和圖2所示。
▲ 圖1 壓電點(diǎn)膠系統(tǒng)框圖
▲ 圖2 壓電點(diǎn)膠系統(tǒng)實(shí)物圖
微針孔由PDMS根據(jù)硅陣列母版制成,其中微針尺寸為500μm高,密度為每1cm2含有25個微針,將含有30%(w/v)脫水海藻糖、0.15%(w/v)剛果紅(用于可視化目的)、含/不含1%(w/w)PVA 13-88的液體溶劑填充到模具微針狀孔中。如圖3所示,其為各種參數(shù)的平均值曲線,(a)Z值、(b)表面張力、(c)粘度和(d)接觸角,(●) 代表海藻糖(▲) 代表PVA和(■) 表示聚山梨酯80。配方1-9為實(shí)驗(yàn)的初步設(shè)計,配方10-11是經(jīng)評估用于改進(jìn)配方設(shè)計的額外配方。該表列出了配方組成及其各自的平均表面張力、粘度、計算的Z值、PDMS上的接觸角、壓電噴射的適用性和模具潤濕的適用性。
▲ 表1 壓電點(diǎn)膠和PDMS潤濕的配方
▲ 圖3
在開發(fā)按需液滴分配系統(tǒng)時,可以形成穩(wěn)定的液滴是精確分配液體制劑到微針孔的關(guān)鍵。采用噴口直徑80µm的壓電噴頭(MicroFab),在壓電驅(qū)動后50-400µs的時間段內(nèi),使用CCD相機(jī)的頻閃圖像捕獲捕獲的液滴形成圖像。兩種配方均在30V和50Hz頻率下啟動。圖4(a)30%海藻糖水性制劑形成衛(wèi)星滴;圖4(b)30%海藻糖/1%聚乙烯醇水溶液形成穩(wěn)定液滴。
▲ 圖4a ▲ 圖4b
在壓電驅(qū)動后50-400µs的時間段內(nèi),使用CCD相機(jī)的頻閃圖像捕獲技術(shù)捕獲30%海藻糖溶液配方的液滴形成圖像。圖5(a)在高背壓和80V時下降驅(qū)動,以及圖5(b)在低背壓和60V時下降啟動。所有液滴均以50Hz的頻率分配。結(jié)果表明,壓電分配是一種可行的技術(shù),用于分配具有粘度和表面張力值范圍的液體制劑配方。
▲ 圖5a ▲ 圖5b
如圖6所示,在不同電壓(30V、50V和80V)和頻率(50、1000和16000Hz)下分配之前和之后,通過SRID分析檢查30%(w/v)海藻糖和1%(w/v)聚乙烯醇配方中季節(jié)性流感疫苗的生物完整性,結(jié)果證明了壓電噴墨技術(shù)制備三價滅活的亞單位流感疫苗的可行性。
▲ 圖6
為了證明壓電噴墨技術(shù)可以精確控制液體制劑用于雙層DMN制造,通過將30%(w/v)海藻糖和1%(w/v)PVA的液體制劑到摸具中來制備雙層DMN ,以創(chuàng)造DMN尖端(圖7和8)。將剛果紅添加到這些配方中,以使尖端配方與制造的DMN中的背襯層形成對比。結(jié)果表明,雙層DMN可以成功地使用壓電噴墨技術(shù),且該技術(shù)可以精確的,有針對性的分配,使雙層DMN可控制造。
▲ 圖7
▲ 圖8
結(jié)論
研究結(jié)果表明了壓電噴墨技術(shù)在雙層DMN制備中的成功應(yīng)用,在昂貴的生物溶液或有限的疫苗抗原儲備的情況下,這種分配方法是非?扇〉模c其他分配技術(shù)相比,壓電噴墨技術(shù)在皮升范圍內(nèi)的液滴體積精度變化為5%,可以精確控制液體制劑的分配,壓電噴墨技術(shù)已被成功地證明是一種很有前途的、用于商業(yè)制造含有臨床相關(guān)流感疫苗的雙層DMN疫苗的技術(shù)。
資料來源:[1] Evin A. Allen et al. Dissolvable microneedle fabrication using piezoelectric dispensing technology[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2016, 500(1-2) : 1-10.