智慧型無痛的經皮藥物遞送系統-微針貼片

微針貼片(microneedle patch, MNP)是一種新穎性及革命性的經皮藥物遞送系統(transdermal drug delivery system, TDDS),因貼片上微針(microneedle)甚短不會觸及皮下神經系統痛覺感受器而引發痛覺,還可快速而有效的傳遞大分子藥物直接越過皮膚角質層而進入人體,故MNP兼具經皮吸收及皮下注射遞送藥物的優點。本文除介紹讀者認識 MNP的結構、特性、優點及應用外,並探討MNP開發的前景與挑戰。

撰文|陳淵銓

●什麼是微針貼片

微針(microneedle)是一種微米大小的針頭(長:150-1500微米,寬:50-250微米,厚度:1-25微米),可作為透皮施用以遞送藥物或疫苗的微觀施用器,是藉由將微觀結構蝕刻到樹脂或矽而製成,組成成分包括矽、鈦、不銹鋼和聚合物等多種材料,有些微針則由藥物製成,可以輸送到體內,但被做成針狀,以便穿透皮膚。微針貼片(MNP)通常由幾根到幾百根微針的小陣列(array)構成,微針排列在小貼片上,成為一種皮下注射針頭(hypodermic needle)和透皮貼片(transdermal patch)的混合裝置,並透過貼片或其他壓印設備將該陣列施加到病患的皮膚上一段時間以有效地施藥。

●為何要使用微針貼片

皮膚由外而內可分成角質層(stratum corneum),表皮(epidermis)和真皮(dermis)三層,其中角質層最堅硬,而真皮層最厚。經皮膚進行藥物傳遞的主要障礙是角質層,因為它僅允許某些分子(如親脂性和低分子量藥物)通過。傳統上最常用的經皮藥物遞送系統(TDDS)是皮下注射針頭、外用藥膏及透皮貼片。皮下注射針頭可以釋放90-100%的載藥量,但針頭深入存在痛覺感受器的真皮,會引起病患疼痛而應盡量避免使用;外用藥膏僅在皮膚表面塗抹,生體可利用度(bioavailability, BA)因角質層障壁而較低;透皮貼片貼於皮膚表面,藥物亦須通過角質層屏障,故BA也較低,添加滲透促進劑雖可改善藥物的滲透性,但成效仍有限,三者均有藥物傳遞上的缺點。因此,研究人員致力於開發各種TDDS,以改善藥物通過皮膚的滲透性及BA,如負載奈米載體(nanocarrier)的局部外用藥膏、改良型透皮貼片及MNP。MNP可使親水性高分子量化合物越過角質層,無痛地將100%載藥量直接遞送到表皮或真皮層而進入體內,克服使用外用藥膏或透皮貼片時,許多藥物無法以治療所需的速率穿過皮膚的缺點,並兼具其他TDDS的優點(表1)。

表1. 各種經皮藥物遞送系統的比較

●前景與挑戰

開發MNP的主要目的是通過皮下注射創造出微米尺寸的傳輸路徑,破壞角質層以允許大分子通過而增加滲透性及BA。MNP除了可以增加藥效並改善療效外,還可以提供高準確度及高再現性的結果,並在臨床試驗的受試者間呈現的BA差異最小。現今最具潛力的發展在於開發可遞送疫苗的MNP,主要的優勢有二:第一,當傳染病疫情突然爆發時,民眾無須醫療人員協助打針,可經郵寄方式,將疫苗MNP寄給一般大眾自行接種,以減少交叉感染的機會,避免流行範圍擴大;第二,經動物實驗證明,當疫苗MNP貼上後,會刺激皮膚真皮層之免疫細胞立即產生免疫反應,可以最少的疫苗使用量,快速產生預防及保護的效果,其他優勢還包括無痛、無針傷、微生物入侵率低、有害廢棄物少及儲存、運輸無需冷鏈(cold chain)等。

儘管MNP有很多優點,前景十分看好,但仍有一些挑戰存在,例如:可能對皮膚造成刺激或過敏;針頭的尺寸很小且很細,微針可能折斷,如果保留在皮膚內,可能會引起問題。然而,這些風險發生率非常低,可以透過選擇較佳的微針製作材料來克服。目前在MNP的臨床前研究雖已取得相當進展,但要在臨床上應用仍需進一步的測試,特別是在傳遞疫苗的MNP開發上,應當在疫苗學,免疫學和材料科學等多個領域中進行更深入的研究。此外,在規模化生產、法規核准及市場經營行銷方面亦應加速。由於MNP在有效性、效率、安全性和病患依從性具有多重優勢,可望在不久的將來廣泛應用於臨床治療和疫苗接種。

 

參考資料:

  1. Waghule T, Singhvi G, Dubey SK, Pandey MM, Gupta G, Singh M, Dua K. Microneedles: A smart approach and increasing potential for transdermal drug delivery system. Biomed Pharmacother. 2019 Jan;109:1249-1258. doi: 10.1016/j.biopha.2018.10.078. Epub 2018 Nov 9.
  2. 劉大佼,葉修鋒。無痛遞藥新革命-微針貼片的進化史,科技報導/科學月刊,2019年3月1日,447期,4-8。
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