李銳婷，李麗云 ，孫文強 ，丁江生 *

（1.云南中醫(yī)藥大學(xué)，云南 昆明 650500；2.云南省藥物研究所，云南 昆明 650111；3.云南省中藥和民族藥新藥創(chuàng)制企業(yè)重點實驗室，云南 昆明 650111）

經(jīng)皮給藥系統(tǒng)是繼口服、注射之后的第三大給藥系統(tǒng)，具有改善患者依從性、持續(xù)給藥、避免胃腸刺激和肝臟首過效應(yīng)等優(yōu)勢[1]。皮膚作為人體最大的器官，對機體保持水分、免受外來傷害起重要的屏障作用。皮膚的最外層為致密角質(zhì)層，其厚度約為15 ～ 20 μm，是經(jīng)皮給藥系統(tǒng)最主要的屏障，阻礙了藥物的有效遞送，限制了經(jīng)皮給藥的應(yīng)用[2]。迄今為止，美國食品和藥物管理局（FDA）僅批準(zhǔn)了20多種小分子藥物（相對分子質(zhì)量小于400）用于經(jīng)皮給藥[3]。1976年，為克服傳統(tǒng)經(jīng)皮給藥的局限性，Gerstel和Place[4]首次提出微針遞送藥物的概念。直到1998年，Henry等[5]才發(fā)表了首篇微針技術(shù)遞送藥物的研究。近年來，微針作為一種高效經(jīng)皮藥物輸送的新技術(shù)得到了廣泛研究。

微針是指直徑小于幾十微米、長度為25 ～ 2 000 μm的針狀結(jié)構(gòu)[6]。微針透皮給藥是由數(shù)枚至數(shù)百枚細(xì)小微針組成的陣列，通過刺穿皮膚上角質(zhì)層產(chǎn)生允許藥物分子甚至藥物顆粒直接傳入皮下的微米級通道實現(xiàn)藥物輸送；微針經(jīng)皮給藥和常規(guī)（肌肉、皮下和皮內(nèi)注射）給藥不同（見圖1）[7]，由于微針給藥不易刺激神經(jīng)末梢，不會或較少產(chǎn)生疼痛感；與傳統(tǒng)的皮下、皮內(nèi)、肌肉給藥相比，微針給藥可以提高患者依從性，減輕醫(yī)護人員負(fù)擔(dān)，提高給藥的安全性和有效性。根據(jù)藥物釋放機制的不同，微針可以分為實心微針、中空微針、涂層微針、可溶性微針和水凝膠微針5種類型[8]。

圖1 不同經(jīng)皮注射給藥方式的示意圖Figure 1 Schematic diagram of different percutaneous injection methods

2005年Miyano等[9]制備了首個可溶性微針?？扇苄晕⑨樣伤苄圆牧现苽涠桑瑢⑺幬锓稚⒂卺橌w中，使用時微針根據(jù)“戳和釋放”原理進行給藥，即給藥時微針插入皮膚，針體與皮膚間質(zhì)液接觸后溶解，藥物在局部釋放。與其他類型的微針相比，可溶性微針的制備工藝簡單、制備材料豐富、交叉感染風(fēng)險低、無尖銳廢棄物殘留，解決了硅、玻璃等微針針頭斷裂滯留于皮膚內(nèi)難以處理的問題，且在一定程度上提高了微針的載藥量，擴大了微針的應(yīng)用范圍。同時，根據(jù)治療需求選擇不同的制備材料及針體形狀，可制備出快速釋放、控釋、緩釋以及刺激響應(yīng)釋放藥物等新型可溶性微針。本文對可溶性微針的研究進展進行綜述，以期對可溶性微針的開發(fā)利用提供參考。

1 基質(zhì)材料

可溶性微針大多由生物相容性好、毒性低、可塑性佳和低成本的可溶性或可降解聚合物及碳水化合物制備而成。一般，可溶性微針的基質(zhì)材料應(yīng)符合下列要求[10]：1）生物相容性好、無毒，在臨床已應(yīng)用；2）材料性質(zhì)穩(wěn)定，不影響藥物活性；3）具有足夠的機械強度，能夠刺入皮膚而不斷裂；4）應(yīng)用廣泛，可塑性強；5）在皮膚中能溶解并控制藥物的釋放速率。

目前，制備可溶性微針最常用的基質(zhì)材料是透明質(zhì)酸鈉（HA）和羧甲基纖維素鈉（CMC-Na），這2種材料被FDA批準(zhǔn)用于非腸道藥物產(chǎn)品[11]。此外，較常用的材料包括聚乙烯醇（PVA）[12]、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）[12]、硫酸軟骨素（CS）[13]、羥丙甲纖維素（HPMC）[14]、碳水化合物材料（如麥芽糖和海藻糖）[15]等。

根據(jù)材料的力學(xué)特性，制備可溶性微針的基質(zhì)材料可分為韌性材料和脆性材料[16]。韌性材料具有較佳的柔韌性，可塑性較強，制備微針時不易破碎斷裂，但微針的機械強度不足，無法刺入皮膚給藥，如PVA、CMC-Na等材料；脆性材料制備微針時機械強度佳，但給藥時微針易過脆而斷裂，如PVP、CS等。

HA是一種具有良好生物相容性、高度黏彈性、可塑性、滲透性的安全可靠的生物材料和藥物載體[17]。相對分子質(zhì)量不同的HA，力學(xué)特性不同，制備微針時可根據(jù)實驗需求選擇不同相對分子量的HA。目前，HA已廣泛用于微針的制備，微針給藥時，HA可在組織液中迅速溶解，并在體內(nèi)進行生物降解。

CMC-Na是一種生物相容性好、成本低廉、水溶性穩(wěn)定的高分子化合物。CMC-Na快速溶于水后呈凝膠狀態(tài)，制備的微針機械強度不足，固化時易變形。PVA是一種親水、生物相容良好、無毒、無致癌、無免疫原性的惰性高分子材料[17]，但使用PVA時其存在不可逆的熱凝膠化和長期保存時透明度損失的問題。制備微針時，PVA能迅速吸收水分，變得柔軟，從而增強微針的韌性，但影響微針的機械強度。因此，韌性材料適合與脆性材料混合使用以獲得機械性能較好的微針。

麥芽糖是一種生物相容性佳、穩(wěn)定性高、成本低、安全性好的碳水化合物。所有糖類中，麥芽糖制備微針的研究最多。麥芽糖微針機械強度佳，給藥時能在皮膚中快速釋放有效成分，當(dāng)皮膚吸收麥芽糖時，其在體內(nèi)是可生物降解的，腎臟會逐漸將其清除[17]。但是，糖類作為基質(zhì)制備的微針用途有限。診斷研究領(lǐng)域，糖類可能會干擾診斷結(jié)果，特別是血糖的測定。

2 制備方法

微針最早的制備方法是微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了激光切割、光刻、濕法和干法刻蝕、微模塑法等方法。目前，可溶性微針的制備方法包括溶劑澆鑄、光刻、液滴空氣吹法、3D打印、拉伸平版印刷法、熱壓、微模塑法和超聲波焊接等，其中，最常用、最簡單、最方便的方法是微模塑法。

3D打印是一種制備可溶性微針的新技術(shù)，通過計算機輔助設(shè)計（CAD），可以快速設(shè)計和打印出微針，且可自定義針密度、長度和形狀。常用的3D打印技術(shù)包括選擇性激光燒結(jié)（SLS）、立體光刻（SLA）和熔融沉積模型（FDM）。SLS和SLA打印機能夠生產(chǎn)小于100 μm的微針，但這些打印機價格昂貴，而且制備材料大都不具有生物相容性；FDM用途廣泛，成本效益高，可利用生物相容性較好的材料進行打印，如聚乳酸（PLA）和PVA等，但FDM技術(shù)的分辨率低于其他印刷方法，制備的樣品不夠精細(xì)[18]。Luzuriaga等[18]展示了一種新的制備方法，將FDM技術(shù)與濕法蝕刻相結(jié)合制備微針（見圖2），該方法能顯著改善微針的打印尺寸，得到理想的尺寸和形狀。

圖2 3D打印FDM技術(shù)與濕法蝕刻相結(jié)合制備可溶性微針示意圖Figure 2 Schematic diagram of 3D printing technology for dissolving microneedles

光刻技術(shù)是一種簡單的微針制備工藝，可以精確控制微針的尺寸、形狀和制備材料。軟光刻技術(shù)制備可溶性微針的步驟：先將聚合物膜與微針模具配對，通過加熱輥進行填充，然后將填充好的模具放在可溶于水的柔性襯底上，再次通過加熱輥分離模具，微針保留在背襯材料上制成微針貼片（見圖3）[19]。此外，加熱輥固化也可以使用光固化來代替。軟光刻法制備可溶性微針與立體平板拉伸法類似，具有高效和低成本的優(yōu)勢及良好的可擴展性。然而，該方法制備時需要在高溫狀態(tài)下進行，不適用于熱敏性藥物的制備。Moga等[19]通過軟光刻技術(shù)，使用PVP溶液制成的聚合物膜與全氟聚醚（PFPE）微針模具在105℃條件下成功制備了可溶性微針。

圖3 軟光刻技術(shù)制備可溶性微針示意圖Figure 3 Schematic diagram of dissolving micro-needles prepared by soft lithography

3 質(zhì)量評價

目前，可溶性微針在國內(nèi)外藥典中均無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其進行評價，且在藥物遞送領(lǐng)域尚未有上市產(chǎn)品，上市產(chǎn)品均為化妝品，其相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。據(jù)研究報道[11,20-24]，可溶性微針主要從以下幾個方面進行質(zhì)量評價。

3.1 物理特性

通常，可以通過目測、體式顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）等手段來評估微針的幾何結(jié)構(gòu)，表征微針的尺寸、表面形態(tài)以及微針在陣列上的分布等[20]。同時，顯微鏡技術(shù)也可以應(yīng)用于通過熒光素標(biāo)記藥物來分析藥物在微針中的分布情況。

3.2 機械強度

可溶性微針應(yīng)具備良好的機械強度和韌性，可以插入皮膚并將藥物輸送到皮下組織，且能抵抗斷裂和彎曲破壞。微針的機械強度與制備微針的基質(zhì)材料、微針的含水量、微針的幾何形狀等相關(guān)。通常，將機械強度實驗與插入研究相結(jié)合，根據(jù)插入力、插入深度、微針穿透成功率等參數(shù)進行評價[11]。

3.3 體外滲透性

可溶性微針中體外滲透性研究對其給藥時間、給藥劑量至關(guān)重要。采用Franz立式擴散池開展微針的體外經(jīng)皮滲透性研究，將微針貼片作用于中間的皮膚角質(zhì)層（通常是動物皮膚或人工合成膜）上，以緩沖液為接受液，在不同的時間點進行取樣，采用高效液相色譜法、紫外分光光度法等方法定量分析微針貼片中藥物的溶出量、溶出速率以及溶出曲線，并觀察微針的溶解狀態(tài)，測量微針長度的變化[21]。

3.4 體內(nèi)藥代動力學(xué)

微針的體外滲透研究存在一定的局限性，體內(nèi)藥代動力學(xué)研究可以對微針貼片的藥效學(xué)和安全性進行評價。常選小鼠和大鼠進行微針的藥代動力學(xué)評價，因為在嚙齒類動物中，老鼠的皮膚與人類最為相似，且造模較為方便[22]。微針貼片給藥前后，分別在相應(yīng)的時間點抽取適量老鼠的血液進行檢測，對藥代動力學(xué)參數(shù)如血藥峰濃度（Cmax）、達峰時間（Tmax）等進行研究。

3.5 對皮膚刺激性和恢復(fù)情況

微針貼片給藥后，皮膚最常見的不良反應(yīng)包括作用部位出現(xiàn)輕微、短暫的紅斑和水腫。Kusamori等[23]試圖通過Draize方法量化使用微針前后皮膚產(chǎn)生紅斑、水腫的程度來評價微針對皮膚的刺激性，但Draize方法相對主觀，不同的實驗者可能會存在一定差異。同時，微針對皮膚的恢復(fù)情況可用經(jīng)皮水分丟失（TEWL）來評價，對比使用微針前后的TEWL值差異，通過角質(zhì)層水分散失的情況來評價皮膚的受損情況，但需要考慮由于皮膚的彈性，微針給藥通道恢復(fù)，TEWL值會隨著時間的推移而緩慢降低。

3.6 穩(wěn)定性

可溶性微針的穩(wěn)定性研究主要考察不同溫度、濕度對微針貼片的影響。將微針貼片放置于不同溫度、濕度的環(huán)境中，考察微針貼片的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，如微針機械強度、藥物穩(wěn)定性等。Mistilis等[24]開展流感疫苗可溶性微針貼片的穩(wěn)定性研究，將微針貼片分別置于4種不同的條件下，即25℃下儲存24個月、60℃下儲存4個月、進行5次凍融循環(huán)儲存和電子束輻照儲存，結(jié)果表明疫苗活性均無顯著變化。

4 應(yīng)用

可溶性微針具有給藥效率高、安全性好、生物相容性好等優(yōu)勢，在藥物遞送、免疫接種、美容美體、疾病診斷等領(lǐng)域已有廣泛研究和應(yīng)用。

4.1 藥物的遞送

目前，可溶性微針已被廣泛用于多種藥物的經(jīng)皮給藥，如小分子藥物利多卡因、咖啡因、蒿甲醚、阿侖膦酸鹽等，以及大分子藥物、蛋白質(zhì)、激素、多肽等。表1總結(jié)了部分可溶性微針遞送藥物分子用于疾病治療的研究情況。

表1 可溶性微針中藥物分子的遞送Table 1 Delivery of drug molecules in dissolving microneedles

4.2 疫苗的遞送

2010年，可溶性微針首次用于疫苗的遞送[32]。大多數(shù)疫苗接種是通過肌內(nèi)或皮下注射完成，但接種方式會產(chǎn)生疼痛感?？扇苄晕⑨槍⒚庖咻d體導(dǎo)入皮膚，增強免疫反應(yīng)。研究表明，與傳統(tǒng)的給藥方式相比，微針接種具有抗原穩(wěn)定性高、用量小和強免疫原性等優(yōu)勢，且微針接種通常不需要冷鏈保存，成本較低[33]。目前，可溶性微針已用于遞送多種疫苗的研究。

Yan等[34]使用可溶性微針對結(jié)核分枝桿菌分泌蛋白Ag85B DNA疫苗進行遞送以預(yù)防結(jié)核病。在小鼠體內(nèi)進行給藥，當(dāng)免疫劑量較低（4.2 μg）時，微針給藥接種和肌內(nèi)注射接種的免疫反應(yīng)無顯著差異；當(dāng)劑量較高（12.6 μg）時，微針接種產(chǎn)生的免疫反應(yīng)比肌內(nèi)注射接種的反應(yīng)強。該研究表明，可溶性微針接種Ag85B DNA疫苗能提高疫苗的免疫活性，為結(jié)核病提供一種新的防治方法。

Kim等[35]利用其在冠狀病毒疫苗和微針給藥方面的豐富經(jīng)驗，快速研發(fā)出負(fù)載重組冠狀病毒（SARS-CoV-2）疫苗的可溶性微針。研究表明，小鼠接種SARS-CoV-2微針疫苗后2周內(nèi)能引起明顯的病毒特異性抗體反應(yīng)。重要的是，SARSCoV-2微針疫苗經(jīng)γ射線徹底消毒后仍能保持其效力，這是制備適合人類使用產(chǎn)品的關(guān)鍵步驟。該研究為臨床研制可溶性微針接種抗新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）等新型傳染病疫苗提供了可行依據(jù)。

4.3 美容美體

近幾十年來，微針在美容美體領(lǐng)域也取得了重大進展，在市場上已使用十多年，主要用于疤痕的治療、美白、除皺、黃褐斑及疤痕的治療等。目前，日本Cosmed制藥公司使用透明質(zhì)酸鈉和膠原蛋白研發(fā)并上市了用于美白、祛斑的微針產(chǎn)品MicroHyala?，這是世界上首個成功上市的可溶性微針產(chǎn)品。

Xie等[36]開發(fā)了一種治療皮膚增生性瘢痕的博來霉素載藥可溶性微針（BMN）。BMN具有足夠的機械強度插入皮膚，體外研究表明，1 min內(nèi)微針溶解釋放20%的博來霉素，10 min內(nèi)微針完全溶解并釋放52%的藥物。同時，博來霉素可溶性微針可以抑制人增生性瘢痕成纖維細(xì)胞（HHSFB）的增殖和轉(zhuǎn)化生長因子b1（TGF-b1）的分泌，為治療增生性瘢痕提供一條方便、高效、微創(chuàng)的途徑。

Aung等[14]使用HPMC/PVP基質(zhì)開發(fā)了負(fù)載α-熊果苷的可溶性微針用于皮膚美白，可溶性微針45 min內(nèi)完全溶解，經(jīng)皮累積滲透量為312.23 μg。與傳統(tǒng)制劑相比，可溶性微針中α-熊果苷的經(jīng)皮滲透量為凝膠制劑的4倍。此外，使用可溶性微針貼片后，皮膚可以自然愈合，無感染現(xiàn)象，在加速條件儲存4周藥物活性保持穩(wěn)定。

4.4 疾病診斷

微針貼片作為一種簡化的診斷工具越來越受到人們青睞，可以遞送過敏原用于過敏診斷，也可對微量血液或間質(zhì)液進行采樣，檢測生物標(biāo)志物等。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可溶性微針可以提供一種微創(chuàng)、無痛、無不良反應(yīng)的診斷方法。

結(jié)核菌素皮膚試驗（TST）是一種結(jié)核病篩查方法。Wang等[37]使用可溶性微針將純化蛋白衍生物結(jié)核菌素遞送至皮膚以檢測結(jié)核病。經(jīng)人體試驗研究結(jié)果表明，微針1 h完全溶解，TST產(chǎn)生皮膚反應(yīng)時，微針貼片所需結(jié)核菌素的劑量（0.04 IU）僅為常規(guī)注射劑量（2 IU）的1/50。與常規(guī)注射相比，微針遞送結(jié)核菌素在肺結(jié)核患者皮膚表面產(chǎn)生的紅腫更小、持續(xù)時間更短，在健康人體中的皮膚反應(yīng)不明顯。由此可知，采用可溶性微針能安全、有效地診斷結(jié)核病，為其臨床應(yīng)用提供了一定的參考依據(jù)。

萬古霉素（vancomycin，VCM）是一種糖肽類抗生素，主要用于革蘭陽性菌引起的肺炎、肺膿腫等疾病，但VCM給藥后有許多不良反應(yīng)，提倡對其進行治療藥物監(jiān)測。Ito等[38]設(shè)計一種無痛的VCM監(jiān)測方法，通過不同時間可溶性微針插入皮膚形成的孔道抽取皮膚間質(zhì)液（ISF）進行檢測，發(fā)現(xiàn)ISF-VCM濃度與VCM的血藥濃度相關(guān)性顯著，且使用可溶性微針對皮膚不產(chǎn)生損傷、不引起炎癥。因此，與血液采樣相比，通過可溶性微針采集間質(zhì)液監(jiān)測VCM是一種更安全、更有效的方法。

5 結(jié)語與展望

近幾十年來，可溶性微針作為一種新型的經(jīng)皮給藥方式，因其優(yōu)勢眾多，逐漸被開發(fā)應(yīng)用于多種藥物分子尤其是大分子藥物的遞送，但大多數(shù)仍處于研發(fā)階段。可溶性微針作為最具應(yīng)用前景的一類微針，制備材料豐富多樣，制備方法日益改進，微針性能逐漸完善，在藥物遞送、疫苗接種、疾病診斷及化妝品等領(lǐng)域也取得了重大進展，但仍面臨許多問題亟待解決。如大多數(shù)聚合物材料和碳水化合物制備可溶性微針時機械強度不足，刺入皮膚時可能發(fā)生彎曲、斷裂等情況，影響微針的療效。同時，制備可溶性微針的聚合物在體內(nèi)溶解后可能部分沉積于皮膚中，可能形成肉芽、局部產(chǎn)生紅斑或積聚在體內(nèi)器官中，長期產(chǎn)生的影響目前尚不完全清楚。此外，可溶性微針的工業(yè)化生產(chǎn)需要無菌條件，批量生產(chǎn)面臨許多困難需要進一步解決。

未來，研究人員制備可溶性微針時可選擇機械強度良好、可在體內(nèi)降解的新材料，探尋可溶性微針新的制備方法和生產(chǎn)工藝，賦予微針新的性能，如微針實現(xiàn)智能調(diào)控給藥等。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和研究人員的不斷努力，能一步一步解決現(xiàn)存的問題，走向臨床應(yīng)用，開發(fā)出更多安全、高效、經(jīng)濟、應(yīng)用廣泛的可溶性微針產(chǎn)品。