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嘉峪檢測網 2022-05-23 12:54
摘要
盡管長效避孕方法的有效性和安全性很高，但在某些情況下，女性并未充分利用長效避孕方法，因為它們通常需要醫護人員進行注射或植入。因此制備了一種可自我給藥的微針 (MN) 貼片，用于將緩釋避孕激素輸送系統快速給藥到皮膚中，從而提高了MN輸送的簡單性和可靠性。我們開發了一種使用多孔貼片背襯的即時微針分離系統，該背襯在MN按壓下插入皮膚期間具有足夠的強度，但由于MN處的斷裂而能夠立即分離 (< 1 s) ，MN在張力下去除貼片后的背襯。貼片使用后，移除的貼片不會產生生物危害性廢物，并且通過配制聚(乳酸-乙醇酸)MNs來緩慢釋放避孕激素左炔諾孕酮長達1個月，從而實現長效避孕。我們的目的是立即將MN可以從皮膚中剝離，并且MN可以持續給藥，通過提供一種簡單、方便的自我給藥長效避孕方法，有效的促進長效避孕方法的使用。
1.簡介
目前迫切需要改進避孕方法。在世界范圍內，40%以上的分娩是意外發生的，其中大約20%的結果是流產。事實上，全世界有大量想要避孕的婦女不使用避孕藥具，其中許多是由于現在的避孕方法不適用。提供新的、改進的替代方案將擴大選擇范圍，并有助于減少意外懷孕。如果堅持正確地使用，大多數方法都有很高的療效。然而，許多方法的最佳有效性很難得到保障，限制了廣泛的使用。
除宮內節育器 (IUD) 外，非激素避孕方法的有效性水平相對較低，如男用避孕套、殺精子劑和基于生育意識的方法大約有77-88%的有效性。一些激素避孕藥，如藥片、貼片和陰道環，所有這些都是自我給藥并取決于用戶的依從性，估計在一般情況使用中的有效率約93%。荷爾蒙注射雖然在大多數情況下由醫療保健提供者管理，但也取決于用戶按時返回以進行再注射，有效率約為96%。最有效的方法是長效輸送系統，如植入物和宮內節育器，其有效性超過99%，與永久性絕育相當，但需要由醫護人員管理和移除。
避孕效果一般可通過較少的服藥次數來提高，這需要較少的定期服藥，從而減輕了避孕藥具使用者的負擔。然而，長效避孕藥具通常需要保健提供者管理和取出，這有時很不方便，有時也很難獲得(例如在發展中國家)。因此，一種有價值的新型避孕藥具可以通過提供長效保護來解決這些獲取障礙，并且可以自行使用。
在之前的工作中，我們開發了一種微針(MN)貼片，這種貼片可以自我給藥，并能夠連續一個月提供避孕激素。貼片包含由生物可降解聚合物制成的100μm大小的針管陣列，這些針管封裝并緩慢釋放避孕激素左炔諾孕酮(LNG)，可以持續一個多月。通過將貼片按壓在皮膚上，MNs從貼片背面分離，并固定在皮膚表面，在那里它們釋放避孕藥，隨著時間的推移降解，最終從身體中清除。
MN貼片之所以吸引人，是因為它們融合了皮下注射和透皮貼片的優點。目前，皮下注射最常用于將生物治療藥物和長效制劑注入體內，效率高、成本低。標準針穿過皮膚的角質層屏障并到達皮下或肌肉，在那里它們為藥物輸送創造了一條快速而直接的途徑，避免了與口服給藥相關的胃腸道和肝臟中吸收不良與酶降解情況。然而，皮下注射會給患者帶來疼痛、組織損傷和對針頭的恐懼，需要訓練有素的醫務人員注射，并且會產生額外成本和安全問題。
透皮給藥系統避免了皮下注射的許多缺點，但通常僅限于具有高親脂性的小分子藥物 (< 500 Da)，以穿透皮膚。雖然透皮貼劑可以提供長達一周的藥物，但它們必須連續佩戴在皮膚上。這在某些情況下可能不方便或不美觀，但對于在某些社會文化背景下提供避孕藥具而言，可見的透皮貼劑將成為其使用的障礙，因為避孕藥具的使用可能是禁忌或在文化上不被接受，尤其是避孕藥使用者的性行為。
因此，已開發出MN貼片作為穿過角質層屏障的一種手段，從而能夠遞送多種不同的化合物；快速將藥物制劑沉積在皮膚中，從而避免長時間佩戴貼片；并可以輕易地將貼片壓在皮膚上，然后立即將其移除，從而避免需要醫療保健提供者。當MN由水溶性材料制成時，它們具有額外的優勢，即不會留下具有生物危害性的廢物。
雖然大多數MN貼片使用快速溶解的配方在皮膚中進行推注釋放，但避孕 MN貼片旨在通過使MN由可生物降解的聚合物制成以控制釋放，從而在數周至數月內釋放藥物。為了增加遞送方法的簡單性和可靠性，避孕MN貼片旨在促進MN快速脫離，從而最大限度地減少將貼片固定在皮膚上所需的時間。傳統的 MN 貼片通常需要幾分鐘到幾小時才能使MN從貼片上脫落，通常是通過溶解水侵入MN和貼片背襯的水溶性界面。對于避孕MN貼片，通過添加泡騰材料將分離時間縮短至<1分鐘，或者通過在MN–貼片背襯處加入氣泡（結合施加剪切力）將分離時間縮短至約5秒，得到了顯著的改進，但由于等待時間不夠長（或未應用剪切），仍然存在用戶錯誤的機會。
我們的方法是在MN和貼片背襯之間創建一個多孔界面，以便在MN在按壓下插入皮膚期間具有足夠的機械強度以避免斷裂，但在張力下具有足夠的弱點，以便MN在從皮膚表面移除貼片時立即斷裂。為了在單次貼片應用后實現長達1 個月的LNG持續釋放，將LNG封裝在由具有不同分子量的聚乳酸-乙醇酸共聚物 (PLGA) 組成的可生物降解MN中。本研究開發的貼片通過皮膚中的立即 MN脫離和MN的持續藥物輸送相結合，可以為自我管理的長效避孕提供一種簡單方便的選擇，既安全又有效。
2.實驗內容
2.1實驗材料
聚二甲基硅氧烷 (Sylgard 184；PDMS) 購自 Dow Corning (Midland, MI)。聚乙烯吡咯烷酮（PVP；分子量，MW = 55 或 360 kDa）、蔗糖、磺基羅丹明 B、PLGA 7-17（丙交酯/乙交酯的摩爾比，L/G = 50/50；特性粘度，η= 0.16-0.24 dL/ g; 和 MW = 7–17 kDa), PLGA 24–38 (L/G = 50/50, η = 0.32–0.44 dL/g, 分子量 = 24–38 kDa), PLGA 30–60 (L/ G = 50/50，η = 0.55–0.75 dL/g，MW = 30–60 kDa)，二甘醇二甲醚、乙醇和四氫呋喃 (THF) 購自 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO)。龍膽紫（外用溶液，1%）購自 Humco（德克薩斯州特克薩卡納）。左炔諾孕酮 (LNG) 購自 Chemo Industriale Chimica S.R.L (Saronno, Italy)。
2.2制造無藥物 MN 貼片
多孔背襯 MN 貼片是使用PDMS模具制造的，MN以10×10陣列排列，面積為7mm x7mm，中心間距為600μm。MN結構被設計成具有上部由錐形MN尖端部分組成，該錐形MN尖端部分具有150μm的基部直徑逐漸變細到尖銳的尖端并且高度為600μm，下部由具有600μm的基部直徑的基座部分組成，頂部直徑為150μm，高度為350μm。
如前所述，PLGA MN是通過溶劑澆鑄法制造的。簡而言之，將10μL含有溶解在二甘醇二甲醚/水 (95/5%, v/v) 中的PLGA (10%, w/v) 的MN澆鑄溶液應用到模具型腔中，并使用玻璃蓋玻片將表面上的殘留溶液刮掉。在某些情況下，MN鑄造溶液還含有0.01% (w/v) 磺基羅丹明B以促進成像。然后，將模具在40℃下以3200g 離心20分鐘，以將鑄模溶液干燥到模具型腔中。然后，將20μL二甘醇二甲醚/水 (95/5%, v/v) 共溶劑置于模具表面5分鐘，然后在40℃下以3200g離心20分鐘，以洗滌殘留的鑄件溶液。聚合物負載重復兩次，洗滌過程至少重復三次。之后，模具型腔中的PLGA聚合物在60℃的烘箱中在真空下完全干燥2天以上。
接下來，制備由溶解在水中的10-40% (w/v) PVP和10% (w/v) 蔗糖組成的背襯溶液。將直徑為12 mm、厚度為5 mm的環形PDMS支撐附件放置在10×10 MNs的模具表面上，通過在3200g在15℃下3分鐘。然后，將MN貼片在凍干機（Advantage 2.0，SP Scientific，Warminster，PA）中在-50℃無真空條件下冷凍2小時，然后在冷凍狀態下小心地將它們從模具中剝離。最后，將得到的MN 貼片放回真空 (10–20 mTorr) 下在-50℃下的凍干機中1天，以在背襯層中形成孔隙。對于具有固體（無孔）PVP背襯的對照組，背襯溶液通過與上述相同的程序離心填充，然后在室溫（20-25℃）下真空干燥4小時。之后，將MN貼片在37℃的熱板上進一步干燥1天。固體和多孔背襯MN貼片均在室溫下儲存在干燥器中，直至使用。
2.3含LNG的MN貼片的制造
含有LNG的MN由PVP或具有三種不同分子量的PLGA制成：7-17 kDa、24-38 kDa 和30-60 kDa。如前所述，使用預沉淀的MN鑄造溶液制造MN。為了制造PLGA MN，將40mg PLGA和26.7mg LNG溶解在共溶劑（760mg THF和760mg 二甘醇二甲醚）中，然后通過在室溫下緩慢蒸發THF使LNG結晶形成沉淀物2天。之后，加入311 mg 二甘醇二甲醚/水混合物（80/20%，v/v）并攪拌以獲得預沉淀的PLGA/LNG懸浮液（3.6 wt% PLGA和1.44 wt% LNG）。為了制備PVP MN，將40 mg PVP 和26.7 mg LNG 溶解在共溶劑（360 mg 乙醇、720 mg THF和360 mg水）中。在3天的LNG結晶/沉淀之后，添加額外的水(267 mg)以制備預沉淀的PVP/LNG懸浮液(7wt% PVP和2.8wt% LNG)。如上所述，這兩種MN澆鑄溶液隨后用于制造具有多孔背襯的MN貼片。所得MN的LNG/PLGA 或 LNG/PVP 固含量比為 40/60 (w/w)。
2.4多孔背襯MN貼片的表面形態分析
使用光學顯微鏡（SZX16，Olympus，Tokyo，Japan）和場發射掃描電子顯微鏡（SEM；Ultra 60 FE-SEM，Zeiss，Oberkochen，Germany）分析了固體和多孔背襯 MN 貼片的結構形狀。對于SEM分析，多孔背襯MN貼片濺射鍍金（Q-150 T ES，Quorum Technologies，UK），然后對其表面形態進行成像。
2.5水溶液中多孔背襯 MN 貼片的 MN 分離動力學
為了確定多孔背襯對MN從貼片背襯上脫離動力學的影響，監測了MN脫離測試的時間進程。將具有固體和多孔背襯的MN貼片固定在培養皿的底面上，然后加入磷酸鹽緩沖鹽水 (PBS)。PBS含有137 mM NaCl、10.14 mM Na2HPO4、2.68 mM KCl和1.76 mM KH2PO4。使用顯微鏡（SZX16，Olympus）監測由于貼片背襯溶解引起的MN分離時間，并測量所有MN從其背襯上分離的時間。
2.6多孔背襯 MN 貼片的機械特性
通過使用位移測量按壓、剪切和拉伸強度來評估具有不同PVP量（10-40%，w/v）和固定濃度蔗糖（10%，w/v）的MN貼片的機械性能-力測試站（M5-05，Mark-10，Copiague，NY）配備2.5 N數字測力計。對于按壓測試，在儀器的底板上貼上單個MN貼片，將帶有傳感器探頭的半球形上板以0.1mm/s的加載速率在垂直方向下降到MNs中。當傳感器第一次檢測到MN尖端時，位移設置為零，并測量力，直到從MN尖端到貼片背襯的位移達到0.4 mm。
為了測試 MN 貼片的剪切強度，使用雙面膠帶將貼片連接到水平放置的剛性不銹鋼平臺上，并且最初位于MN貼片上方的傳感器探頭在垂直方向上以速度為 0.1 毫米/秒。
對于拉伸試驗，將MN尖端固定在底板上的一層薄薄的熔融聚乳酸 (PLA) 上，然后使用氰基丙烯酸酯膠凝膠（Gorilla Glue Company，Cincinnati，OH）在干燥器中10分鐘。測量張力直到傳感器以0.1 mm/s 的速度移動0.4 mm。當位移-力曲線的斜率減小時，確定剪切和拉伸強度測試的失效點。每次測量重復3次。
2.7皮膚插入和脫離測試
為了評估 MN 對皮膚的滲透以及從固體和多孔背襯貼片背襯上的脫離，使用豬皮（從屠宰場獲得）離體進行了皮膚插入試驗。使用豬皮是因為它與人類皮膚具有組織學和生物力學相似性。為了可視化滲透、分離并保留在皮膚中的MN，將熒光染料（0.01% 磺基羅丹明 B）添加到PLGA澆鑄溶液中。將全層豬皮拉伸并固定在平坦的表面上。然后，通過用拇指按壓皮膚1秒，垂直按壓 MN 貼片。移除貼片后，通過光學顯微鏡對皮膚中分離的MN進行成像來檢查插入部位。為了評估MN滲透，皮膚用1%龍膽紫溶液處理10分鐘，以染色刺破的皮膚部位。然后使用異丙醇棉簽輕輕地從皮膚表面清除過量的龍膽紫。這樣，只有龍膽紫染色的部位代表了MNs穿透但未分離的皮膚部位，而磺羅丹明和龍膽紫染色的部位代表了MNs穿透和分離的皮膚部位。通過將由磺基羅丹明或龍膽紫的存在引起的有色斑點的數量分別除以貼片上的MN總數來計算分離和穿透效率。最后，將處理過的皮膚嵌入最佳切割溫度(OCT)化合物中，冷凍并切成10μm 切片進行組織學分析。
2.8 LNG體外釋放試驗
PLGA和PVP MN貼片（帶有多孔背襯層）都在體外進行了LNG釋放測試。在這些研究中，包括了三種不同類型的PLGA MN貼片，每種都具有不同的 PLGA分子量。將每個MN貼片放入尼龍網袋(Nylon Monofilament Mesh, Midwest Filter, St. Charles, IL)，然后在200 mL含有25%乙醇的PBS作為釋放介質中培養。釋放實驗在37℃和80 rpm攪拌下進行10周。PBS培養基先調至pH 7.4，然后與 25% 乙醇混合作為釋放培養基?？讖綖?μm 的尼龍網袋用于更好地將釋放的游離藥物與PLGA和PVP MN基質以及未溶解的LNG晶體分離。
在預定的時間間隔，從尼龍網袋中的每個樣品中收集0.5 mL等分試樣，并用相同體積的新鮮培養基替換。通過配備可調諧紫外 (UV) 檢測器的超高效液相色譜法 (UPLC, Waters, Milford, MA) 對隨時間從每個MN貼片釋放的 LNG 量進行定量分析。液化天然氣在 50℃下在 Acquity UPLC 乙烯-橋接雜化物 (BEH) C18 色譜柱（100 mm × 2.1 mm 內徑，1.7 μm 粒徑）上分離。流動相是含有 0.1% 甲酸的乙腈和含有 0.1% 甲酸的水以 55/45 (v/v) 的比例以 0.3 mL/min 的流速混合而成的混合物。進樣量為10μL。在245 nm 處測量 LNG 的紫外吸光度。根據 MN 中的 LNG 裝載量計算累積 LNG 釋放量 (%)，然后根據實驗結束時釋放的平均量進行歸一化。
2.8統計分析
定量數據表示為平均值±標準偏差(SD)。使用GraphPadPrism 8 (GraphPad Software, San Diego, CA) 進行統計分析，并從t檢驗或單向ANOVA分析中獲得分析值的統計比較。所有導致 p 值 (<0.05) 的測試都被認為具有統計學意義。
3.結果
3.1多孔背襯MN pa的設計與制造
為了實現MN貼片的目標，MN將立即與貼片背襯分離，我們將 MNbacking 界面設計為由于多孔結構而具有機械弱點。更具體地說，我們試圖在MN在按壓下插入皮膚的過程中使界面足夠堅固，但在MN退出皮膚時足夠弱以在張力下破裂。（圖1A）。此外，我們設計了MN貼片，使其MN由可生物降解的PLGA 聚合物制成，封裝LNG以減緩釋放安裝在由多孔水溶性PVP制成的貼片背襯突出的底座上。
為了實現這一設計，我們開發了一種兩步制造工藝，其中我們首先將 PLGA 的有機溶液（與LNG）澆鑄到MN模具的腔中以形成MN，然后澆鑄PVP和蔗糖的水溶液以形成背襯層（圖1B）。我們在二甘醇二甲醚和水的共溶劑中用 PLGA 配制了MN鑄造溶液，PLGA作為一種眾所周知的適用于LNG緩釋的可生物降解聚合物。將MN澆注溶液填充到模具型腔中以在離心下形成 MN，以完全填充模具并最大限度地減少空隙形成以賦予 MN 機械強度。我們選擇了二甘醇二甲醚-水共溶劑，因為我們之前的工作表明這種溶劑系統不會滲透和膨脹 PDMS模具。
在制造過程的第二步中，我們澆鑄含有PVP和蔗糖的水溶液，以形成附著在干燥的PLGA MN上的貼片背襯（包括基座區域）（圖1B）。從模具中取出貼片后，我們使用凍干法在背襯材料中選擇性地產生孔隙率，其中最佳孔隙率是通過控制 PVP/水的比例來確定的。對于貼片背襯配方，PVP被選為結構材料，因為它具有生物相容性、機械強度高、高度水溶性并成功用于先前的 MN貼片。進一步添加蔗糖以穩定 PVP 背襯結構，而不會在凍干過程中引起收縮或破損。
我們發現從模具中取出MN貼片需要優化，因此MN尖端會從連接到貼片背襯底座的模具中出來，而不是由于疏水PLGA MN和疏水PLGA MN之間的吸引力而留在模腔內。PDMS模具而不是帶有親水性的背襯材料。如果在脫模之前讓MN貼片達到室溫，則只有77±12%的MN從模具中出來。然而，如果在冷凍狀態下進行貼片脫模，我們獲得了非?？煽康慕Y果，完整的MN結構在99±2% 的時間內成功地從模具中移除（補充信息中的圖S1）。我們認為這是因為冰粘附（來自背襯材料）增加了冷凍狀態下與PLGA MN的表面相互作用。
3.2多孔背襯 MN 貼片的表征
對應于用于貼片制造的模具中的MN腔，每個貼片由三個區域組成，包括錐形MN（直徑為150μm，高度為600μm）和貼片背襯底座（底部直徑為300 μm，頂部直徑為150μm，高度為350μm）和貼片背襯基板（圖2A和B）。MN 排列成10×10陣列，面積為0.5 cm2，MN 中心間距為600μm。這種MN貼片設計得足夠小，以簡化存儲和運輸，但又足夠大，便于患者處理和拇指皮膚應用。將疏水性熒光染料添加到PLGA溶液中以標記MN（并模擬未來避孕激素的摻入）。如圖2B和C所示，熒光染料被均勻地封裝并分布在PLGA MN中，而不是貼片背襯和基座中。
多孔背襯MN貼片的一個關鍵特征是在貼片背襯中選擇性地創建多孔結構，尤其是在基座中。我們通過在PLGA MN干燥后凍干MN貼片來實現這一點（即，含有很少或沒有殘留溶劑），但貼片背襯沒有完全干燥，仍然含有殘留的水（在凍干過程中蒸發形成空隙）。通過光學顯微鏡和SEM分析對貼片表面形態的檢查表明，在貼片背襯中選擇性地形成了孔隙（圖2C）。在未進行凍干的 MN 貼片的情況下，我們觀察到與PLGA MN尖端直接接觸的光滑、堅固的貼片背襯。相比之下，用凍干法制成的MN貼片在PVP/蔗糖基座和背襯層中表現出選擇性孔形成，而不影響PLGA MN形態。
3.3多孔背襯MN貼片的力學性能
我們的MN貼片設計旨在通過兩個設計標準實現MN從貼片背襯快速脫離 MN成功植入皮膚：MN貼片應表現出1) 允許在按壓下刺穿皮膚的機械強度和2) MN處的機械弱點背襯接口，可在張力下從皮膚上取下貼片時輕松分離。我們認為通過凍干將孔隙率引入貼片背襯是一種很好的方法，因此通過調整貼片背襯的強度和孔隙率來優化PVP/水比和PVP分子量。首先，在垂直方向的按壓下測量貼片背襯中不同濃度和分子量的PVP的MN貼片的機械性能（圖 3A和圖S2）。按壓測試表明，多孔貼片背襯澆注溶液中的PVP濃度在10%和40%之間變化會顯著影響MN貼片的機械強度，因為增加PVP濃度（即PVP/水的比率）在凍干期間提供更少的水來形成空隙。具有無孔貼片背襯（即未經凍干制造）的MN貼片在4 mm位移后經受住了0.58±0.03 N/針的力（圖2A）。與無孔貼片相比，在貼片背襯中引入孔隙顯著降低了力（p < 0.0001）。此外，通過影響MN貼片機械強度來改變貼片背襯孔隙率，10% PVP（0.13±0.03 N/針）觀察到的性能最弱，而 30% PVP（0.34±0.05 N/針）觀察到的性能最強（p = 0.002)。PVP分子量從55 kDa 增加到 360 kDa 也增加了機械強度（圖S2）。盡管多孔背襯 MN 貼片比固體 PVP 貼片弱，但我們希望它們仍然足夠堅固以用于皮膚穿刺，這已被證明需要 0.1-0.15 N/針用于與本文中使用的幾何形狀相似的MN研究。
我們接下來研究了在施加剪切力和張力期間孔隙率對MN脫離的影響（圖 3B和C）。在這些情況下，無孔PVP背襯對PLGA MN表現出很強的附著力。需要0.29±0.06N/針在剪切下和0.42±0.12N/針在張力下將MN尖端與固體背襯分離，樣品斷裂有時發生在MN基座界面，有時發生在背襯基座區域遠離MN接口。相比之下，多孔背襯貼片在剪切和拉伸力的作用下，在MN-基座界面處顯示出一致的MN脫離。此外，與無孔貼片相比，這些力顯著降低（p < 0.0001），在剪切下測量為0.02-0.03N/針，在張力下測量為0.04-0.07N/針，對聚合物濃度沒有顯著依賴性（圖3B）和C)。
作為機械強度的最終測試，我們想確定在 MN 貼片的運輸和處理過程中是否會發生 MN 脫離，此時可能會遇到很大的力。為了模擬粗暴處理，我們將 MN 貼片固定在有代表性的包裝中，并將它們放在帶有氣泡包裝保護的紙板箱內。然后我們從2 m的高度將盒子掉落了3次。之后對MN貼片的檢查顯示沒有損壞，所有 MN 都完好無損（圖S3）。初步實驗表明，多孔背襯MN貼片可能足夠堅固，可以在粗暴處理時不損壞，但還需要進一步的研究。
總體而言，我們證明了通過將多孔結構結合到貼片背襯中，可以削弱 MN 和基座/背襯層之間的界面相互作用，這可能是由于MN界面處的接觸面積減少。我們的調查受到以下觀察結果的限制：使用≥40% PVP (55 kDa) 或使用≥15% PVP (360 kDa) 的配方在凍干過程中會產生形狀變形和貼片背襯的防凍?；谶@些數據，我們選擇使用 10% PVP (360 kDa) 或 30% PVP (55 kDa) (w/v) 澆鑄溶液制成的多孔背襯MN貼片用于其余實驗?？傊?，我們發現多孔背襯貼片具有似乎足以將MN插入皮膚的機械強度，但具有適合于在張力下從皮膚上去除貼片時促進MN脫離的機械弱化。
3.4水接觸后MN從多孔背襯貼片上脫離
雖然我們認為MN從皮膚中的多孔背襯貼片上脫離的主要機制涉及機械力，但由于皮膚中的水分導致水溶性貼片背襯材料的溶解也可能起作用。為了研究多孔界面是否通過加速水吸收到貼片背襯中來促進快速MN脫離，我們將MN貼片浸入PBS中，然后通過目測測量MN脫離時間。接觸水溶液后，多孔背襯貼片上的MN瞬間分離（即1秒內），而固體背襯貼片上的 MN 在102±23秒的過程中緩慢分離（圖4和視頻S1）。該結果表明，在貼片背襯上增加孔隙率可以促進水滲透，并通過更快地溶解貼片背襯來顯著加速 MN 脫離。
3.5多孔背襯 MN 貼片在離體皮膚上的應用
圖3中的力測量表明多孔背襯MN貼片在按壓下足夠強，可以插入皮膚，但在張力下足夠弱，可以在貼片從皮膚上取下時立即分離。為了測試這種預期，我們用拇指將 MN 貼片壓在離體的豬皮膚上。通過選擇性染色MN滲透到皮膚的部位，我們發現固體背襯和多孔背襯貼片的皮膚滲透效率均大于98%（圖5A 和B）。有趣的是，在貼片應用和1秒內移除后對皮膚的檢查表明，PLGA MN 在貼片移除后立即從多孔背襯上脫離，顯示出95±8%的脫離效率，而僅觀察到1±2% 的MN脫離使用實心貼片時（圖5A和C）。
組織學分析支持的目視檢查表明，從多孔背襯貼片上分離的MN被插入用于植入皮膚表面下（圖5D）。此外，使用過的貼片幾乎沒有剩余的MN（圖5E），這意味著它們不會產生具有生物危害性的廢物，并且在未來的臨床使用中無需特殊處理即可安全丟棄?？傊?，機械強度測量（圖3）和皮膚插入實驗（圖5）都表明，多孔背襯MN貼片能夠快速MN脫離和植入皮膚，除了將貼片按壓到皮膚，然后立即去除。
3.6從多孔背襯 MN 貼片中持續輸送 LNG
雖然用于簡單可靠的快速MN分離是本研究的重要部分，但最終目標是使用多孔背襯MN貼片進行長效避孕藥的簡單自我給藥。出于這個原因，我們應用了PLGA聚合物，這種聚合物具有機械強度和生物相容性，已被廣泛用作持續藥物輸送的可生物降解材料。我們封裝了避孕激素LNG，幾十年來它已被廣泛用作長效避孕藥。由于LNG釋放的持續時間在用于“按需”避孕時可能需要幾天或持續使用一周、兩周、一個月或更長時間，因此我們使用不同的配方制作了MN，包括水-用于快速釋放的可溶性PVP MN主要由LNG晶體的溶解動力學控制，以及由具有不同分子量的PLGA制成的MN，已知它們具有不同的聚合物降解和藥物釋放速率。
含有LNG的PLGA和PVP MN顯示為規則的MN陣列，在多孔背襯基座頂部具有尖銳的錐形MN結構，類似于上述沒有LNG的MN貼片（圖6A）。我們使用由含有25% (v/v) 乙醇的PBS組成的釋放介質評估了LNG從這些MN貼片中的體外釋放動力學。我們使用了這種釋放介質，因為在我們之前對PLGA/PLA MN 輸送 LNG的研究中，與其他釋放介質相比，發現這種釋放介質組合物中的體外釋放速率與藥代動力學研究中確定的體內釋放速率相關性最好，包括乙醇濃度較低的PBS和純PBS。盡管含有乙醇的PBS不能概括皮膚間質液的成分，但我們和其他人發現它有助于改善藥物釋放率的體內-體外相關性。
我們發現LNG在幾天后從水溶性PVP MN中釋放出來，90% 的LNG在2±1天內釋放（圖6B）。PLGA MNs的LNG釋放在最初幾天表現出最初的爆發釋放，這可能是由于藥物溶解和擴散通過PLGA基質的表面區域引起的，隨后由于水解降解而在幾周內相對穩定地釋放和聚合物的侵蝕。隨著PLGA分子量的增加，釋放動力學顯著減慢 (p = 0.0001)，低、中和高分子量 PLGA 的90% 釋放時間分別為20±2天、35±2天和42±3天。
4.討論
這項研究的動機是需要新的避孕方法；特別是自我管理的長效避孕藥，避孕用戶也能夠更好地控制生育能力。全球范圍內，意外懷孕仍然是一個主要的公共衛生問題，可能導致不安全的墮胎和孕婦死亡。這些高意外懷孕率也與沉重的社會負擔和經濟成本有關。眾所周知，預防意外懷孕和流產的最有效干預措施是改善獲得可靠避孕方法的機會。
盡管已證明長效避孕的安全性和有效性，但這些方法在避孕藥使用者中并未得到充分利用，部分原因是它們需要定期給藥（例如，每天或每周）或依賴專業的醫療保健人員進行給藥，在某些情況下還需要去除。特別是，為避孕注射或裝置插入/移除而就診的必要性是獲得長效可逆避孕方法的重大障礙。盡管避孕套等短效方法導致意外懷孕的可能性是高效長效方法的20倍，但短效方法的使用頻率更高，因為它們易于使用。中間作用方法，如每周皮膚貼片和陰道環，需要將產品佩戴在皮膚上或連續插入陰道。因此，人們仍然對開發新的避孕方法有相當大的興趣，這些方法不僅安全有效，而且可以通過自我管理獲得更多的途徑，而無需在體內或身體上持續“佩戴”避孕藥具。
4.1使用多孔背襯 MN 貼片進行快速 MN 植入
在這項研究中，我們試圖通過取下貼片需要幾分鐘到幾小時，MN 進入皮膚的簡單性和可靠性，這通常在MN脫離時需要基于溶解的機制。為了滿足這一需求，我們開發了一種具有機械性能的多孔背襯MN 貼片，該貼片在按壓過程中保持足夠的強度以允許MN插入皮膚，但在張力下很弱，因此MN易于取下。
4.2長效可逆避孕藥的自我給藥
我們使用立即MN脫離和緩慢MN降解技術的組合策略，證明了從皮下自植入MN輸送系統長期輸送LNG的可行性。與口服避孕藥相比，可生物降解的MN貼劑介導的皮膚給藥，避免了頻繁給藥和相關的不良反應。與皮膚貼片相反，多孔背襯MN貼片在插入MN，并立即與貼片背襯分離后是不可見的。我們的貼片不是目前在基于設施的環境中提供的長效避孕藥的注射或植入方法，而是可以實現簡單的手動自我給藥，以更好地操作和一定的避孕藥劑量。
除了我們之前的工作展示了從可生物降解的MN 中長達一個月的LNG輸送，還有其他關于使用MN貼片輸送LNG的研究。然而，這些研究中開發的貼片需要相對較長的應用時間（20分鐘或 2小時）才能基于溶解機制分離皮膚中的 MN。我們相信，我們的方法將立即MN脫離與長效避孕遞送系統相結合，提供了一種有吸引力的避孕方法，增加了簡單性和易用性。
4.3研究限制
這項研究有許多局限性。例如，需要進一步開發MN來確定LNG釋放的最佳持續時間。此外，這項研究還使用了豬皮的體外和離體研究；未來的研究應使用人體皮膚并進行體內研究，以評估多孔界面分離機制并測量LNG輸送的藥代動力學。在本研究中，MN中的LNG裝載量約為每片150μg?？紤]到現有的長效避孕藥（植入物）以約25μg/天的速度釋放LNG對人體具有很高的保護功效，因此應將LNG裝載量增加到每片>750μg以實現長效避孕（例如，一個月的用量）。因此，為了擴大到人體劑量，應該研究幾種策略（例如，增加MN的數量和大?。┮詫⒏嗟腖NG摻入多孔背襯MN貼片中。
5.結論
在這項研究中，我們開發了一種多孔背襯MN貼片，用于在皮膚中持續輸送避孕激素。在貼片背襯中形成的孔結構在按壓過程中保留了足夠的機械強度，以允許MN插入皮膚，但削弱了MN界面相互作用，以便在張力下容易脫離。在貼片去除過程中，MN立即與貼片背襯分離，這是通過多孔界面處的機械弱化和水溶性背襯材料的加速溶解來實現的。由可生物降解聚合物（具有不同分子量的PLGA）制成的分離MN顯示，LNG避孕激素的持續釋放時間從幾天到超過1個月不等?？傮w而言，我們的貼片系統展示了其避孕方法應用的幾個重要方面：1) 將載藥MN自我給藥到皮膚上；2) 貼片佩戴時間最短 (< 1 s)；3) 不會產生生物危害性的廢物；4) 避孕激素的長期給藥（幾天到1個月）?？傊嗫妆骋r MN貼片與來自嵌入皮膚的MN的避孕激素的持續藥物輸送相結合，可以為長效避孕提供一種簡單方便的選擇，從而促進操作的便利性和持久釋放的避孕激素。
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