Biofluidix 壓電式納升分液裝置Pipejet在透皮給藥系統中的應用

近十年來，溶解微針陣列 （Dissolving microneedle arrays，dMNAs）用于透皮接種疫苗已取得極大發展。與傳統的肌肉注射和皮下注射相比，dMNAs可誘導相似或更高水平的免疫反應，同時溶解在微針中的抗原疫苗更穩定，無需冷鏈運輸，可自行完成接種，減少醫療系統壓力。

目前，dMNAs主要通過抗原和構成微針的聚合物混合，澆筑模型后離心的方式制備。然而，該制備過程中的微針陣列背板中，存在大量的抗原殘留，成本的增加限制了dMNAs技術的應用。

荷蘭萊頓大學萊頓藥物研究中心的一個研究團隊于2021年在《International Journal of Pharmaceutics》雜志發表了一篇名為《Engineering of an automated nano-droplet dispensing system for fabrication of antigen-loaded dissolving microneedle arrays》的文章。在該研究中，研究團隊使用自動納升分液技術開發了一種新的dMNA制備工藝，不但保留了原有dMNA的優勢，而且極大提升了抗原使用效率，大大降低了透皮接種疫苗成本。

實驗流程與結果

以聚乙烯吡咯烷酮/聚乙二醇（PVP/PEG）、聚乙烯醇（PVA）、透明質酸 （HA）、羧甲基纖維素 （CMC）和明膠作為微針聚合物的候選材料，利用傳統離心法制備dMNA，根據制備dMNA的熱穩定性、脆性、粘度等因素篩選最為合適的聚合物候選材料。
測試結果表明，除部分配方不適合制備微針（如 3.25% （w/v）的 PVP/PEG會導致微針過脆而斷裂，50% （w/v） PVA的粘度太高無法澆筑在模具上）外，其余均進入后續實驗。

利用離體人體皮膚，測試上述不同配方制備的dMNAs穿透效果和溶解效果。

滲透實驗結果表明，所有選定的dMNAs在人體腹部皮膚中都顯示出優異的滲透效率，即使穿透效果最低的40% （w/v） 明膠 dMNAs，其穿透效果也達到了91.7,%，表明一個9微針的陣列中至少有8個針可以穿透皮膚。

溶解實驗結果表明，在透皮5分鐘后，不同材質的dMNAs溶解效率有較大差別，其中溶解效果最好的是6.5% （w/v） PVP/PEG。溶解的越充分，疫苗利用率越高，因此選用該材料作為后續微針制備的標準配方。

在選定聚合物候選材料后，研究團隊搭建了一套全自動納米分液裝置，其核心部件——德國Biofluidix公司的Pipejet全自動納升分液器。Pipejet可以轉移小至2nL的液滴，將其加入14nl的微針腔體內。該系統以Pipejet為核心，配套質控相機、真空室、XYZ移動平臺等設備搭建完成。（圖1）

圖1 用于 dMNAs 制備的自動系統示意圖（a）Pipejet納升分液器，（b）點樣器支架，（c）數碼顯微鏡相機，（d）鋁棒，（e）線性平臺，（f）真空室，（g）真空泵，（h） 將PDMS模具放置在真空室的頂部（分配器和載物臺均由軟件Python操作）
微針制備過程：1）將聚合物溶液澆筑在構建好的微針模具中，制成具有空腔的微針；2）將代替抗原的熒光標記卵清蛋白通過Pipejet加入微針空腔；3）利用離心和負壓排除空氣，制成微針。

 

離體人體的皮膚測試效果表明，新方法制備的微針在穿透率和溶解效率上，與已有方法即全程離心法制備的微針相似（圖2）。但是，新方法的抗原只存在在微針處，且2nl抗原就可制備一個dMNAs，對比全程離心法需要90ul抗原，大大節省了抗原成本。

圖2.熒光標記的卵清蛋白負載微針的顯微鏡圖像（a） 在皮膚穿透前含有 AF647 標記卵清蛋白的微針，（b） 100% 的皮膚穿透效率 （n = 4）， 表明微針具有足夠的鋒利度和機械強度，卵清蛋白的成功遞送可從（c）穿透皮膚的熒光中顯示，（d） 5 分鐘和 （e） 15 分鐘溶解后剩余微針的明場顯微鏡圖像，f）溶解15分鐘后剩余微針的熒光顯微鏡圖像

綜上所述，納升分液自動化制備的微針，其效果與傳統離心法相似，但大大降低了抗原損耗和成本，可進入更大范圍的工業推廣。

更多資訊請訪問文獻全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120473

Biofluidix是全球領先的研發制造高精度生物芯片點樣和分液系統的生產廠家，不僅有體系化的點樣分液平臺，也提供模塊化的皮升、納升和微升分液裝置，能夠兼容第三方設備，實現精準點樣和分液。廣泛應用與生物、材料、航空、航天等多個領域。

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