Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung, Charakterisierung und Anwendung von mit 3BDO beladenen auflösbaren Mikronadel-Pflastern für die transdermale Arzneimittelabgabe in einem Maus-Modell der Haarregeneration.
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Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung, Charakterisierung und Anwendung von mit 3BDO beladenen auflösbaren Mikronadel-Pflastern für die transdermale Arzneimittelabgabe in einem Maus-Modell der Haarregeneration.
Konventionelle Behandlungen der androgenetischen Alopezie (AGA) weisen Einschränkungen auf, was alternative Abgabestrategien erforderlich macht. Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung, Charakterisierung und Anwendung von mit 3BDO beladenen auflösbaren Mikronadel-Pflastern auf Basis von Hyaluronsäure/Chitosan (HA/CS) in einem Haar-Regenerationsmodell an C57BL/6-Mäusen. Die Methode verwendet einen zweistufigen Gießprozess in einer Polydimethylsiloxan-(PDMS-)Form, um 3BDO in den Nadelspitzen anzureichern, während gleichzeitig eine arzneimittelfreie HA/CS-Trägerschicht gebildet wird. Das Pflaster wird mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), mechanischen Prüfungen, Hautpenetrations- und Auflösetests, in vitro-Freisetzungsstudien, antibakteriellen Assays, Zytotoxizitätsprüfungen und in vivo-Haar-Regenerationsbewertungen charakterisiert. Nach der Insertion lösen sich die Mikronadel-Spitzen auf und setzen 3BDO lokal frei. Die in vivo-Untersuchung zeigte, dass die Gruppe mit 3BDO-beladenen Mikronadeln im Vergleich zu den untersuchten subkutanen Injektions- und Kontrollgruppen eine gleichmäßigere Haarregeneration aufwies. Dieses Protokoll ermöglicht zudem die Beurteilung der Pflaster-Morphologie, der Insertionsleistung und der lokalen Biokompatibilität. Die Methode stellt einen präklinischen Arbeitsablauf zur Bewertung der mikronadelvermittelten Abgabe von 3BDO für Haar-Regenerationsanwendungen bereit.
Die androgenetische Alopezie (AGA) ist eine der häufigsten klinischen Alopezieerkrankungen und zeichnet sich hauptsächlich durch fortschreitende Haarverdünnung und -verlust auf der Kopfhaut aus. Ihre Lebenszeitprävalenz bleibt bei Männern nach wie vor hoch, wodurch sie zu einem wichtigen Gesundheitsproblem wird, das eine dringende Lösung erfordert1,2. Derzeit lassen sich klinische Behandlungen der AGA hauptsächlich in pharmakologische Interventionen und chirurgische Transplantation einteilen, wobei beide Verfahren erhebliche Nachteile aufweisen. Erstlinientherapeutika wie Finasterid und Minoxidil zeigen gewisse therapeutische Wirkungen, sind jedoch mit definierten Nebenwirkungen wie sexueller Dysfunktion, Kopfhautjuckreiz und Kopfhauttrockenheit verbunden1,3. Obwohl die Haartransplantation eine lokale Haarregeneration ermöglichen kann, wird sie durch hohe Behandlungskosten, unzureichende Haarmenge in den Spenderarealen und schwankende Überlebensraten der Transplantate begrenzt, wodurch ihre breite klinische Anwendung erschwert wird1. Angesichts dieser Einschränkungen besteht Bedarf an neuen therapeutischen Strategien, die Wirksamkeit, Sicherheit und Patientencompliance vereinen.
3BDO ist ein kleines Molekül, das mTOR aktiviert und mit Rapamycin konkurriert4. Es wurde umfassend als Autophagie-Inhibitor in verschiedenen Systemen eingesetzt5,6,7. Beispielsweise könnte eine Langzeitbehandlung mit 3BDO die Gedächtnisfunktion verbessern, indem die Anzahl der Autophagosomen verringert wird8. Darüber hinaus deuten zunehmende Hinweise darauf hin, dass 3BDO unabhängig als mTOR-Aktivator wirken könnte. Zum Beispiel hemmte 3BDO den endothelialen Zelltod und die Entwicklung der Atherosklerose bei Mäusen unabhängig von der mTOR-Aktivität9. Seine mögliche Rolle beim Haarfollikelwachstum wurde jedoch bisher nicht beschrieben. Bemerkenswerterweise zeigte 3BDO in unseren vorläufigen Studien eine Förderung des Haarwachstums. Traditionelle topische Arzneimittelabgabemethoden weisen jedoch offensichtliche Einschränkungen auf. Die Hornschicht der Haut begrenzt die transdermale Effizienz und erschwert die Abgabe von Wirkstoffen an den Zielort im Haarfollikel in der Dermis. Obwohl transdermale Gele die Verweildauer des Wirkstoffs verlängern können, können sie unerwünschte Rückstände hinterlassen. Die klinische Wirksamkeit beider oben genannten Behandlungsstrategien bleibt suboptimal10,11.
Mikronadeln (MNs) sind eine neuartige, schmerzfreie Technologie zur Arzneimittelabgabe, deren entscheidender Vorteil darin besteht, dass sie leicht in den Stratum corneum eindringen und Wirkstoffe präzise in die perifollikuläre Mikroumgebung an der Grenzschicht zwischen Epidermis und Dermis abgeben können. Außerdem zeichnen sich MNs durch eine bequeme Anwendung, minimale Invasivität und angemessene Kosten aus12,13,14. Um die Engstelle der transdermalen Abgabe von topischem 3BDO zu überwinden, wurde ein MN-Pflaster unter Verwendung von Hyaluronsäure (HA) als Matrix und Chitosan (CS) als funktioneller Komponente entwickelt. Die Zugabe von CS soll eine funktionelle Komponente mit antibakterieller Wirkung bereitstellen. Darüber hinaus konnte die Anwendung von HA auf der Haut von alopekischen Mäusen die Entwicklung der Haarfollikel signifikant stimulieren15. Daher beschreibt dieses Protokoll die Herstellung und Charakterisierung eines 3BDO-beladenen, auflösbaren MN-Systems sowie dessen Anwendung in einem enthaarten C57BL/6-Maus-Modell zur Haarregeneration. Dieses Modell eignet sich zur Beurteilung der Haarwachstumsreaktionen nach Enthaarung, erlaubt aber nicht von sich aus eine Aussage über die klinische Wirksamkeit bei AGA.
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Die Studie wurde von dem Tierversuchsausschuss der Shandong First Medical University & Shandong Academy of Medical Sciences (W202112030345) genehmigt. Alle Methoden wurden gemäß den einschlägigen Leitlinien und Vorschriften durchgeführt.
1. Herstellung von 3BDO@MN-Pflastern
2. Charakterisierung von 3BDO@MN-Pflastern
3. Tierversuche
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Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung und Charakterisierung des 3BDO@MN-Pflasters. Abbildung 1 zeigt das Schema des Herstellungsprozesses für das 3BDO@MN-Pflaster. 3BDO wurde in die CS/HA-Formulierung eingemischt, und die Matrixmischung wurde anschließend in die PDMS-MN-Form gegeben und zentrifugiert, um die Nadelspitzen zu füllen. Die CS/HA-Matrixmischung ohne 3BDO wurde auf die Oberfläche der Form aufgebracht und zentrifugiert, um die Trägerschicht zu füllen. Nach vo...
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Derzeit werden klinische Behandlungen für androgenetische Alopezie (AGA) hauptsächlich in pharmakologische Interventionen und chirurgische Transplantationen unterteilt. In dieser Studie förderten mit 3BDO beladene Mikronadeln (MNs) das Haarwachstum in einem C57BL/6-Mausmodell. Herkömmliche Arzneimittelabgabemethoden weisen jedoch Einschränkungen auf, wie beispielsweise eine ungleichmäßige Verteilung des Wirkstoffs. Das zentrale Verfahren dieser Studie ist eine zweistufige Methode zur Herstellung von mit 3BDO beladenen MN...
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Die Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte bestehen.
Diese Arbeit wurde unterstützt durch die Nationale Natürliche Wissenschaftsstiftung Chinas (82273554), das Projekt zur Entwicklung von Wissenschaft und Technologie im Bereich Medizin und Gesundheit der Provinz Shandong (Nr. 202304030716), das Nationale Ausbildungsprogramm für Innovation und Unternehmertum von Hochschulstudenten Chinas (Nr. 202410439001) sowie das Projekt zur wissenschaftlichen und technologischen Innovation und Entwicklung in Tai’an (Nr. 2023NS232).
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 3BDO | Yuanye Bio-Technology Co., Shanghai, China | 890405-51-3 | Herstellung der 3BDO-beladenen CS/HA-Formulierung |
| 6-Loch-Platte | Corning Incorporated, USA | REF 3516 | antibakterieller Test und In-vitro-Arzneimittelfreisetzungs-Test |
| 75 % Ethanol | Shandong Lircon Medical Technology Co., Ltd. | 1202050004 | Desinfektion |
| 96-Loch-Platte | Corning Incorporated, USA | REF3599 | Zelltoxizitätsbewertungen und antibakterieller Test |
| C57BL/6-Mäuse | Charles River Laboratories | 7 Wochen | Tierversuche |
| Cell Counting Kit-8 (CCK-8) | Dojindo, Japan | CK04 | Toxizitätsbewertungen |
| Zentrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75007204 | Zentrifugation der Formulierung |
| Chitosan (CS) | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | 9012-76-4 | Herstellung der CS/HA-Formulierung |
| Enthaarungscreme | Veet | 3059944023307 | Enthaarung |
| Dimethylsulfoxid (DMSO) | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | 67-68-5 | Herstellung der 3BDO-beladenen CS/HA-Formulierung |
| Elektronische Waage | Radwag | AS 220.R2 | Wiegen von Pulvern |
| Escherichia coli (E. coli) | ATCC | / | antibakterieller Test |
| Hyaluronsäure (HA)-Pulver | Bloomage Biotechnology Co. China | 9067-32-7 | Herstellung der CS/HA-Formulierung |
| ImageJ-Software | National Institutes of Health | / | Statistische Analyse |
| Inkubationsschüttler | Thermo Scientific | 50163013 | Bakterieninkubation |
| Isofluran-Vaporisator | Gene&I | AMS | Tieranästhesie |
| LB-Medium | Sigma Life Science | L3022 | antibakterieller Test |
| Magnetischer Rührer | Hangzhou MiuLab Instrument Co., Ltd. | SP-16 | Rühren der Formulierung |
| Multiskan SkyHigh Mikroplatten-Spektrophotometer | Thermo Fisher Scientific | / | OD-Messung |
| Ofen | Shanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,Ltd | DHG-9260A | Trocknung der Mikronadeln |
| Parafilm M | Amcor | PM-996 | Versiegelung der Mikronadeln |
| Phosphatpufferlösung (PBS) | Biosharp | BL302A | In-vitro-Arzneimittelfreisetzungs-Test |
| Staphylococcus aureus (S. aureus) | ATCC | / | antibakterieller Test |
| Universal TA Texturanalysator | Shanghai Tengba Instrument Technology Co., Ltd | / | Prüfung der mechanischen Festigkeit |
| Vakuumkammer | Shanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,Ltd | DZF-6050 | Vakuumtrocknung |
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