阅读说明：本技术 微针释药装置及制造方法、皮肤疾病治疗装置 (Microneedle drug delivery device, manufacturing method thereof and skin disease treatment device ) 是由 钱志勇 郝颖 于 2020-04-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了涉及生物医药领域,尤其是微针释药装置制造方法,包括以下步骤：A、通过双乳化法将治疗药物和载药物质制成释药装置；制作微针系统载体材料；B、将释药装置加入微针模板中,然后将微针系统载体材料填充微针模板；C、干燥后取出得到微针释药装置。通过在载药粒子中添加光热转化剂,从而使得释药装置能够吸收特定波长的光,将含有治疗药物的载药粒子输送至疾病组织中,载药粒子释放,当用光照射时,载药粒子中的光热转化剂将光能转化成热能,不仅能使疾病组织高热从而杀伤病灶,而且还可以控制载药粒子中治疗药物的释放行为,达到化疗与光热治疗协同治疗的目的。(The invention discloses a method for manufacturing a microneedle drug release device, which relates to the field of biomedicine and comprises the following steps: A. preparing the therapeutic drug and the drug-loaded substance into a drug release device by a double emulsification method; manufacturing a microneedle system carrier material; B. adding the drug release device into the microneedle template, and then filling the microneedle template with the microneedle system carrier material; C. taking out the microneedle drug delivery device after drying. Through adding light-heat conversion agent in carrying medicine particle to make medicine release device can absorb the light of specific wavelength, carry the medicine carrying particle who contains treatment medicine to the disease tissue in, carry the medicine carrying particle release, when shining with the light, light-heat conversion agent in the medicine carrying particle converts light energy into heat energy, thereby can not only make the high fever of disease tissue kill and kill the focus, but also can control the release action of treatment medicine in the medicine carrying particle, reach the purpose of chemotherapy and light-heat treatment concurrent therapy.)

微针释药装置及制造方法、皮肤疾病治疗装置

技术领域

本发明涉及生物医药领域，尤其是微针释药装置及制造方法、皮肤疾病治疗装置。

背景技术

表皮疾病包括微生物感染、癌变以及损伤等，以表皮癌为例，表皮癌是一种皮肤恶性肿瘤，随着我国人口老龄化日趋明显，其发病率逐渐升高。根据肿瘤细胞的来源不同，表皮恶性肿瘤可分为鳞状细胞癌、基底细胞癌、恶性黑色素瘤等。表皮恶性肿瘤部位浅表，通常采用手术切除、放射疗法、化学疗法和激光疗法等方法治疗。手术疗法可能不能彻底清除残存的肿瘤细胞，从而极易导致肿瘤的复发。放疗和化疗会有一定的治疗效果，但在治疗过程中会产生严重的毒副作用，损伤机体免疫系统。激光疗法是新兴的一种治疗方法，但长期的激光疗法会引起皮肤DNA损伤，并再次导致表皮癌的发生。总之，这些传统的治疗方法都存在明显的治疗局限性。

微针(Microneedles)是通过微纳加工技术制作的微型针尖结构，尺寸在微米级，高度在10-2000μm，宽度在10-50μm。目前，微针给药系统因快速、高效、无痛的给药方式已经广泛用于药物、蛋白、基因、RNA、疫苗等生物大分子的传输。与口服给药系统和注射给药系统相比，微针给药系统是可以直接穿透皮肤的角质层实现药物的传输，并避免肝脏的首过效应。结合表皮肿瘤的特点，微针给药系统是较优的药物传输载体应用于表皮癌的治疗。微针给药虽然有较多优点，但是其释放药物的速度难以控制，同时也无法控制微针刺入病灶处的温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能控制药物释放行为，也能改变病灶处温度的释药装置，并通过光热治疗与化疗协同治疗多种皮肤疾病。

本发明解决其技术问题所采用微针释药装置，包括具有皮肤刺入能力的可溶解的微针系统，所述微针系统内载有释药装置，所述释药装置包括治疗药物和载药粒子，所述治疗药物装载在所述载药粒子内，所述载药粒子含有光热转化剂。

微针系统含有大量的微型针尖结构，微针可在人体内溶解，微针可以直接穿透皮肤的角质层或者其它组织实现释药装置的传输，使得药物能够直达病灶，并避免肝脏的首过效应。治疗药物主要针对疾病种类而选择，载药粒子作为治疗药物的载体，在装载治疗药物后作为一个微小的给药单元，其尺寸可根据实际疾病而定，通常为纳米级，从而有效的作用于病灶。载药粒子的基本材料选用生物相容性好，可生物降解的高分子材料，这样载药粒子就可以在进入人体后能够降解，从而释放出其中的治疗药物。

进一步的是，所述光热转化剂具有近红外光响应性。近红外光具有高组织渗透性、最小光毒性的特点，采用具有近红外光响应性的光热转化剂，释药装置可以在皮肤内控制治疗药物的释放行为，同时还能在释药装置处产生热量，利用高热杀伤病灶。

具体的，所述载药粒子能在780～820nm近红外光的照射下释放治疗药物；所述光热转化剂包括纳米金棒、吲哚菁绿、新吲哚菁绿(IR820)和IR780碘化物中的一种或者多种。

具体的，所述治疗药物用于治疗皮肤疾病；所述皮肤疾病包括感染，癌症；所述癌症包括皮肤鳞癌、皮肤腺癌、黑色素瘤；所述治疗药物为是5-氟尿嘧啶、达卡巴嗪、阿霉素、多西他赛和紫杉醇中的一种或者多种。

具体的，所述载药粒子为纳米级粒子；载药粒子的材料是甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯(MPEG-PCL)、甲氧基聚乙二醇-聚乳酸(MPEG-PDLLA)或其组合物，在两嵌段聚合物甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯或甲氧基聚乙二醇-聚乳酸中，甲氧基聚乙二醇的分子量是4000～6000，优选为5000；聚ε己内酯或聚乳酸的分子量为20000～50000，优选为30000。两嵌段聚合物中两个嵌段的分子量分别是5000-20000、5000-30000、5000-40000、5000-50000；例如在甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯中，甲氧基聚乙二醇为5000，聚ε己内酯为20000～50000；例如在甲氧基聚乙二醇-聚乳酸中，甲氧基聚乙二醇为5000，聚乳酸为20000～50000。

具体的，所述载药粒子由甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯或甲氧基聚乙二醇-聚乳酸构成，其嵌段比是1:4～1:10。

具体的，所述微针系统中微针的高度可以是400-800μm，优选的为600μm；微针材料的分子量是400～2000kDa。

具体的，所述微针系统是由透明质酸钠、壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、海藻酸钠或其组合物制成。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种制造具有光响应性微针释药装置的制造方法：包括以下步骤：

A、通过双乳化法将治疗药物和载药物质制成前述的释药装置；准备微针系统载体材料；

B、将释药装置加入微针模板中，然后将微针系统载体材料填充微针模板；

C、干燥后取出得到前述的微针释药装置。

具体的，在步骤A中，乳化剂为聚乙烯醇。

具体的，释药装置与微针系统载体材料的比例可以是1:1～1:20。

本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种既能控制药物释放行为，也能改变病灶处温度的皮肤疾病治疗装置，包括前述的微针释药装置和近红外光照设备。在采用皮肤疾病治疗装置时，将前述微针释药装置的微针刺入患病组织，此时释药装置随着微针的溶解而释放，此时利用近红外光照设备发射出的近红外光照射患病组织处，载药粒子中的光热转化剂将光能转化成热能，不仅能使患病组织高热从而杀伤肿瘤细胞，而且可以控制载药粒子中治疗药物的释放行为，达到化疗与光热治疗协同治疗的目的。

所述近红外光照设备可以选用本领域常用的设备——多模光纤耦合激光器，能输出780～820nm的近红外光。在治疗时，近红外光照设备的输出激光要与载药粒子中的光热转化剂的最大紫外吸收峰对应。当使用的载药粒子中的光热转化剂的最大吸收波长是808nm时，在治疗时推荐采用如下参数：光热转化剂的使用量是0～1mg；808nm近红外光照射功率是0～5W/cm²；808nm近红外光照射微针后的温度变化是30～80℃；808nm近红外光照射时间是1～60min。

本发明的有益效果是：

通过在载药粒子中添加光热转化剂，使得释药装置能够吸收特定波长的光，将含有治疗药物的载药粒子输送至疾病组织中，载药粒子释放，当用光照射时，载药粒子中的光热转化剂将光能转化成热能，不仅能使疾病组织高热从而杀伤病灶，而且还可以控制载药粒子中治疗药物的释放行为，达到化疗与光热治疗协同治疗的目的。这种方式在应对皮肤疾病时尤为方便有效，本发明还利用微针将载药粒子输送至疾病组织中，同时利用高组织渗透性、最小光毒性的近红外光作为光源。与传统的皮肤鳞癌、皮肤腺癌、黑色素瘤的治疗方法相比，本发明所构建的基于微针的近红外光响应性释药装置可以直接穿透皮肤的角质层通过棘细胞层和基底细胞层进入真皮从而实现药物的传输，并避免肝脏的首过效应。与手术切除、放射疗法、化学疗法和激光疗法等方法相比，该近红外光响应性释药装置具有毒副作用小，顺应性高，操作方便等优势。

附图说明

图1是本发明释药装置的制备方法及释药行为示意图；

图2是载药粒子表征中的粒径分布图；

图3是载药粒子表征中的透射电镜图；

图4是载药粒子表征中的紫外吸收图；

图5是载药粒子表征中的释放行为曲线图；

图6是微针释药装置制造方法流程图；

图7是微针表征图；

图8是微针的皮肤刺入能力的台盼蓝染色图和H&E切片图；

图9是微针光热效应图谱；

图10是微针升温曲线图；

图11是实施例的肿瘤生长曲线图；

图12是实验小鼠体重变化图；

图13是肿瘤大小对比图；

图14是肿瘤重量图；

图示说明：MPEG-PCL为甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯两嵌段聚合物的载药粒子；5-Fu-MPEG-PCL为仅有5-氟尿嘧啶的纳米载药粒子；ICG-MPEG-PCL为仅有吲哚菁绿的纳米载药粒子；5-Fu&ICG-MPEG-PCL为装载5-氟尿嘧啶和吲哚菁绿的纳米载药粒子；Control为未经任何处理的对照组；HA MN为单纯的透明质酸可溶解微针组；[email protected] MN为装载ICG的透明质酸可溶解微针组；[email protected] MN为装载5-Fu-MPEG-PCL的透明质酸可溶解微针组；[email protected] MN为装载ICG-MPEG-PCL的透明质酸可溶解微针组；5-Fu&[email protected] MN为装载5-Fu&ICG-MPEG-PCL的透明质酸可溶解微针组；图11至图14为一组图，其中标识对应均在图14上。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

术语缩写，甲氧基聚乙二醇为MPEG，聚ε己内酯为PCL，聚乳酸PDLLA，5-氟尿嘧啶为5-Fu，吲哚菁绿为ICG。

参见图6所示，微针释药装置制造方法如下的实施例所述，当然，根据治疗疾病、治疗部位、原材料等因素的不同，可以选择相适应的工艺参数。

一、首先准备治疗药物、载药物质以及微针系统载体材料，其中治疗药物和载药物质通过双乳化法制成释药装置。构成载药粒子的载药物质可以直接购买，也可以自制，若采用自制，则可采用如下方法制得。

载药物质的制作方法：称取适量聚乙二醇单甲醚和己内酯或D,L-丙交酯并加入到三颈瓶中，将反应体系抽真空3min，通氮气3min，反复3次。在氮气保护条件下，加入辛酸亚锡(0.3％w/w),在磁力搅拌条件下，升温至150℃并反应9h。反应结束后，将温度冷却至室温，加入适量二氯甲烷(CH₂Cl₂)溶解粗产物，随后倒入5倍体积的冰冻无水乙醚中，迅速搅拌产生沉淀。待粗产物沉淀完全，去除上清液，重复洗涤三次。随后将沉淀物置于37℃真空干燥箱内干燥至恒重，得到甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯(MPEG-PCL)、甲氧基聚乙二醇-聚乳酸(MPEG-PDLLA)两嵌段聚合物。甲氧基聚乙二醇的分子量是4000～6000，优选为5000；聚ε己内酯或聚乳酸的分子量为20000～50000，优选为30000。两嵌段聚合物中两个嵌段的分子量分别是5000-20000、5000-30000、5000-40000、5000-50000；例如在甲氧基聚乙二醇-聚ε己内酯中，甲氧基聚乙二醇为5000，聚ε己内酯为20000～50000；例如在甲氧基聚乙二醇-聚乳酸中，甲氧基聚乙二醇为5000，聚乳酸为20000～50000。载药粒子的材料一般采用两嵌段聚合物即可。

治疗药物和载药物质通过双乳化法制成释药装置的方法有四种情况，每一种情况如下面分别说明：

1、水溶性化疗药物和光热转化剂，将水溶性化疗药物或光热转化剂分散到水相，将材料分散到有机相，将水相加入有机相中，超声乳化5min，得到W/O溶液；随后将W/O溶液加入聚乙烯醇水溶液中，超声乳化5min，得到W/O/W溶液；最后除去溶液中的有机溶剂，得到装载化疗药物和光热转化剂的纳米粒子。

2、脂溶性化疗药物和光热转化剂，将脂溶性化疗药物或光热转化剂和材料分散到有机相，将有机相加入聚乙烯醇水溶液中，超声乳化5min，得到O/W溶液；最后除去溶液中的有机溶剂，得到装载化疗药物和光热转化剂的纳米粒子。

3、水溶性化疗药物和脂溶性光热转化剂，将水溶性化疗药物分散到水相，将脂溶性光热转化剂材料分散到有机相，将水相加入有机相中，超声乳化5min，得到W/O溶液；随后将W/O溶液加入聚乙烯醇水溶液中，超声乳化5min，得到W/O/W溶液；最后除去溶液中的有机溶剂，得到装载化疗药物和光热转化剂的纳米粒子。

4、脂溶性化疗药物和水溶性光热转化剂，将水溶性光热转化剂分散到水相，将脂溶性化疗药物分散到有机相，将水相加入有机相中，超声乳化5min，得到W/O溶液；随后将W/O溶液加入聚乙烯醇水溶液中，超声乳化5min，得到W/O/W溶液；最后除去溶液中的有机溶剂，得到装载化疗药物和光热转化剂的纳米粒子。

二、然后通过模版法制备装载近红外光响应性纳米粒子的可溶解微针体系。微针模版由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，大小1cm ×1cm，每个模版上由400(20×20)个针尖凹槽组成。制备过程如下：首先将一定浓度的载药纳米粒子加入到PDMS微针模版中，3000rpm/min转速离心30min，除去多余的纳米粒子；将一定量的均匀溶解于去离子水中的微针材料加入到微针模版中，3000rpm/min转速离心30min，在45℃的精密鼓风干燥箱中放置过夜；最后将所得到的干燥产物与PDMS微针模版分离，即得到装载近红外光响应性纳米粒子的可溶解微针释药装置。

本发明的光热转化剂包括纳米金棒、吲哚菁绿、新吲哚菁绿(IR820)和IR780碘化物中的一种或者多种，所制备的一种基于微针的近红外光响应性微针释药装置具有近红外光响应性释放行为，纳米金棒、吲哚菁绿的响应波长是808nm,新吲哚菁绿(IR820)的响应波长分别是820nm，和IR780的响应波长是780nm，响应波长为吸光度最佳的波长，响应波长附近的波长仍然具有较好的吸光度，具体可见图4所示。当用相应波长的近红外光照射时，例如808nm的近红外光，纳米粒子中的光热转化剂将光能转化成热能，使纳米粒子破裂，装载在纳米粒子中的化疗药物释放。

本发明可以利用微针释药装置用于皮肤鳞癌、皮肤腺癌、黑色素瘤的治疗方法。将微针释药装置的微针刺入肿瘤部位，载药纳米粒子随着微针的溶解而释放，当用808nm近红外光照射时，纳米粒子中的光热转化剂将光能转化成热能，不仅能使肿瘤组织高热从而杀伤肿瘤细胞，而且可以控制纳米粒子中药物的释放行为，达到化疗与光热治疗协同治疗的目的。

实施例

本例的治疗药物为5-氟尿嘧啶，光热转化剂为吲哚菁绿，本例为装载有5-氟尿嘧啶和吲哚菁绿的近红外光响应性纳米粒子复合透明质酸可溶解微针释药装置治疗表皮癌的应用基础研究。

材料：微针模版、透明质酸钠、聚乙二醇、辛酸亚锡、己内酯、5-氟尿嘧啶、吲哚菁绿、台盼蓝等。

细胞：人皮肤鳞癌细胞系A431，培养于10％胎牛血清、100U/mL青霉素、100U/mL链霉素的DMEM培养基中。

动物：SPF级雌性BALB/CA-nu小鼠,6-8周龄，购自北京华阜康生物科技股份有限公司。动物实验均在四川大学生物治疗国家重点实验室动物管理委员会的批准和监督下进行。

实验方法：

纳米载药粒子的制备，以聚乙烯醇为乳化剂，MPEG-PCL(分子量比为5000-30000)为载体材料，通过前面所述的方法一将5-氟尿嘧啶和吲哚菁绿装载在MPEG-PCL中，得到装载5-氟尿嘧啶和吲哚菁绿的近红外光响应性纳米释药装置(5-Fu&ICG-MPEG-PCL)，装载5-氟尿嘧啶的纳米粒子(5-Fu-MPEG-PCL)和装载吲哚菁绿的纳米粒子(ICG-MPEG-PCL)为对照，通过透射电镜(TEM)，粒径，电位，紫外吸收等方法对其表征。得到的载药粒子表征如图2至图5所示。

微针的制备：通过模版法制备装载5-氟尿嘧啶和吲哚菁绿的近红外光响应性纳米载药粒子复合透明质酸可溶解微针释药装置。通过扫描电镜表征所制备的微针，具体见图7所示。同方法制得空载透明质酸微针、装载5-氟尿嘧啶的纳米粒子(5-Fu-MPEG-PCL)的微针以及装载吲哚菁绿的纳米粒子(ICG-MPEG-PCL)的微针为对照。

皮肤刺入能力考察：将取裸鼠皮肤，将微针刺入皮肤组织并保持5min。取下微针后，用4％的台盼蓝溶液染微针作用的皮肤部位5min，用生理盐水洗去多余的台盼蓝染液。然后通过相机和显微镜对皮肤组织拍照。最后将皮肤组织固定在10％的福尔马林中，制作H&E切片后用显微镜拍照。具体见图8所示。

微针光热效应。具体如图9和图10所示，通过808nm的近红外激光器和红外热成像仪考察微针的光热效应。具体操作如下：用808nm的近红外激光器分别照射微针5min，期间通过红外热成像仪记录近红外光照射时微针的温度变化。

体内动物实验。以BALB/CA-nu实验鼠为模型动物研究微针体系在体内的肿瘤治疗效果。首先，皮下接种人皮肤鳞癌细胞株(A431)，成功建立肿瘤模型后，分组情况如下：

(1)对照组，不做任何处理；

(2)透明质酸微针组(HA MN，无释药装置，单纯微针系统)，将HA MN微针经皮刺入肿瘤部位；

(3)5-Fu-MPEG-PCL瘤内注射组，将5-Fu-MPEG-PCL注射在肿瘤部位；

(4)ICG-MPEG-PCL瘤内注射+光照组，将ICG-MPEG-PCL注射在肿瘤部位，并用808nm的近红外激光器照射肿瘤部位5min；

(5)5-Fu&ICG-MPEG-PCL瘤内注射+光照组，将5-Fu&ICG-MPEG-PCL注射在肿瘤部位，并用808nm的近红外激光器照射肿瘤部位5min；

(6)[email protected] MN微针组，将[email protected] MN微针刺入肿瘤部位；

(7)[email protected] MN微针+光照组，将[email protected] MN微针刺入肿瘤部位，并用808nm的近红外激光器照射肿瘤部位5min；

(8)5-Fu&[email protected] MN微针+光照组，将5-Fu&[email protected] MN微针刺入肿瘤部位，并用808nm的近红外激光器照射肿瘤部位5min。

按照分组情况给药一次。每隔1天，记录实验鼠体重和肿瘤体积变化。最后，处死实验鼠，取下肿瘤组织称重并拍照。

实验结果。

纳米粒子的表征。所制备的载药纳米粒子200nm左右；通过透射电镜观察形貌，载药纳米粒子分布均匀，无团聚现象。通过图4的紫外图谱可看出化疗药物5-氟尿嘧啶和吲哚菁绿依然保持其特有的吸收峰。从图5的释放曲线可看出，游离的5-氟尿嘧啶释放较快，装载在纳米粒子中的5-氟尿嘧啶具有缓释作用，此外，光照可加速5-氟尿嘧啶的释放行为，即可通过近红外光控制5-氟尿嘧啶的释放行为。

微针的表征，如图7所示。微针大小是1cm×1cm，每片微针上由400(20×20)个针组成，排列整齐，所制备的微针高度为600μm，宽度为300μm，均具有较好的形貌特征。

皮肤刺入能力。在皮肤上可看到一排排整齐的孔洞，与微针针尖的位置相对应；在显微镜下可看到皮肤组织的孔洞中充满蓝色的台盼蓝染料，即台盼蓝染料通过微针按压所产生的孔道进入皮肤组织中；通过H&E染色切片观察，微针可穿透皮肤的角质层，实验结果表明微针具有较好的皮肤刺入能力，可穿透皮肤角质层进行药物的传输。具体见图8所示。

微针的光热效应。与HA MNs和[email protected] MNs这两个对照组相比，在808nm的近红外激光器照射下，[email protected] MN和5-Fu&[email protected] MN均可升温至60℃，实验结果表明微针体系具有较强的光热效应，化疗药物5-Fu的加入并未影响光热转化剂ICG的光热效应。具体如图9、图10所示。

体内动物实验。如图11至14，实验结果表明，(1)对照组，(2)HA MN组，(4)ICG-MPEG-PCL瘤内注射组和(6)[email protected] MN组的肿瘤增长快速；(3)5-Fu-MPEG-PCL瘤内注射组和(5)5-Fu&ICG-MPEG-PCL瘤内注射组可抑制肿瘤的生长，但是治疗效果不明显；(7)[email protected] MN组在早期具有较好的肿瘤抑制效果，但肿瘤在治疗后复发，说明单纯的光热治疗可以短期抑制肿瘤，但不能长期有效的防止肿瘤的复发；(8)5-Fu&[email protected] MN是光热治疗和化疗协同治疗组，展现出较强的肿瘤治疗效果，所有小鼠在治疗后痊愈。具体来说，在5-Fu&[email protected] MN治疗后，肿瘤部位逐渐减小并结痂，结痂退去后，皮肤逐渐愈合，肿瘤完全消除。该实验结果进一步说明所发明的具有近红外光响应性的微针释药装置在表皮癌的治疗中具有潜在的应用价值，可为表皮癌的临床治疗提供研究方法和思路。