Micro-scale devices for transdermal drug delivery

چکیده

پوست مکان عالی ای برای تحویل دارو و واکسن می باشد که به خاطر دسترسی ساده، کاربردهای مراقبتی-ایمنی، اجتناب از تنزل ماکرومولکولی در قسمت دستگاه گوارش و امکان مدیریت توسط خود فرد می باشد. با این وجود، تحویل داروی ماکرومولکولی در سرتاسر پوست عمدتا با استفاده از نیدل های هایپودرمی محقق می شود، که معایب زیادی دارد شامل آسیب های تصادفی نیدل، درد و ترس از نیدل. این محدودیت ها باعث تحقیقات و پیشرفت وسیعی در خصوص روش های جایگزین برای تحویل دارو و واکسن در پوست شده اند. این مقاله بر روندها و پیشرفت های اخیر در این حوزه ابزار در مقیاس میکرو برای تحویل ماکرومولکولی ترنس درمی تمرکز دارد. اینها شامل انژکتورهای (تزریق کننده) دهنه مایع، انژکتورهای پودری، میکرونیدل ها و میکروفرسایش گرمایی می باشد. نگرش تاریخی، مکانیسم های عملکرد، پارامترهای طراحی مهم، کاربردها و چالش ها برای هر روش مورد بحث قرار گرفته اند.

Abstract

Skin makes an excellent site for drug and vaccine delivery due to easy accessibility, immuno-surveillance functions, avoidance of macromolecular degradation in the gastrointestinal tract and possibility of self-administration. However, macromolecular drug delivery across the skin is primarily accomplished using hypodermic needles, which have several disadvantages including accidental needle-sticks, pain and needle phobia. These limitations have led to extensive research and development of alternative methods for drug and vaccine delivery across the skin. This review focuses on the recent trends and developments in this field of micro-scale devices for transdermal macromolecular delivery. These include liquid jet injectors, powder injectors, microneedles and thermal microablation. The historical perspective, mechanisms of action, important design parameters, applications and challenges are discussed for each method.

مقدمه

سیستم های تحویل داروی ترنس درمی شامل مجموعه وسیعی از فناوری های غیرنفوذی یا با نفوذ حداقلی برای تحویل داروها و واکسن ها در پوست بدون نیدل می باشد. مزیت های اصلی تحویل ترنس درمی شامل دسترسی ساده پوست می باشد، که به راحتی بیشتر بیمار کمک می کند، اجتناب از دستگاه گوارش و توانایی بدست آوردن رهاسازی پایدار. روش ترنس درمی مزیت های متمایزی نسبت به روش های سنتی مدیریت دارو دارد، با نام روش دهانی که دسترسی زیستی ماکرومولکولی ضعیفی دارد، یا تزریق هایی که توسط درد محدود می شوند، نیدل های تصادفی، و اثرات جانبی احتمالی به دلیل تمرکز داروی پلاسمای بالای گذرا. این مزیت های تحویل ترنس درمی به همراه افزایش زیادی در نرخ کشف داروی ماکرومولکولی تبدیل به پیشرفتهای عظیمی در توسعه ابزار ترنس درمی در دهه اخیر شده است.

پوست یک مانع بسیار موثر در اطراف بدن انسان می باشد. این موضوع تحویل داروهای هیدروفیلی وزن مولکولی بزرگ را مانند پروتئین و پپتیدها چالش برانگیز ساخته است. خارجی ترین لایه پوست با نام لایه شاخی، عمدتا متشکل از corneocyte های مرده می باشد که در لایه های چربی قرار گرفته اند. این ساختار مانند چیدمان ، مانعی قدرتمند برای ترکیب های هیدروفیلمی کوچک می باشد همچنین همه داروهای با وزن مولکولی بالا. مولکول هایی که با موفقیت از لایه شاخی عبور کردند ممکن است توسط انتشار وارد مدار خون شوند. نرخ انتشار وابسته به وزن مولوکولی و همچنین شیب تمرکز است، که آن را برای تحویل مولکول های بزرگ در رفتاری با کنترل زمان حتی دشوار تر نیز می سازد، چون ماکرومولکول ها به آرامی منتشر می شوند و ممکن است حلالیت پذیری محدودی در متوسط آبی داشته باشند. این تعداد داروهای تحویل داده شده توسط روش های منفعل را به مولکول های بسیار متمایل به چربی زیر 500Da محدود کرده است. بنابراین، نیاز به روش ها و ابزاری است که داروهای هیدروفیلی و با وزن مولکولی بالا را به صورتی کنترل شده و قابل بازتولید تحویل دهند.

تکنولوژی های استفاده شده توسط ابزار ترنس درمی را می توان به روش های منفعل یا اکتیو تقسیم کرد بر اساس اینکه آیا منبعی خارجی از انرژی برای بهبود نفوذ پوست استفاده شده است. روش های منفعل شامل کاربرد بهبودکننده های شیمیایی، امولسیون ها و اسمبلی های لیپید می باشند و همچنین روش های بیولوژیکی مانند پپتیدها. روش های شیمیایی برای شامل شدن در پچ های ترنس درمی نسبتا ساده هستند و می توانند برای تحویل مقادیر دوز متغیر با تغییر ناحیه کاربرد تحویل داده شوند. با این وجود، این روش ها ممکن است تاخیر زمانی تا چند ساعت داشته باشد و بنابراین نمی تواند برای آغاز سریع یا تحویل متغیر زمانی که ممکن است برای داروهای مانند انسولین نیاز باشد تطبیق پیدا کند.