Parches de matriz de microagujas disolvibles fabricados mediante técnica de colada con disolventes y caracterización esencial de dispositivos biomédicos basados en microagujas

Nuestra investigación se centra principalmente en la optimización de la administración de fármacos cutáneos utilizando nano y microsistemas, como dispositivos basados en microagujas. Este estudio ofrece un método factible y reproducible para preparar microagujas disolutivas. Para empezar, prepara la dispersión coloidal acuosa de los materiales constituyentes de los DMAP, disolviéndolos en la cantidad adecuada de agua.

Remueve vigorosamente la mezcla para obtener una dispersión uniforme. Deja que los polímeros remuevan mínimamente durante la noche para lograr una dispersión completa y deja que las burbujas de aire se dispersen durante este prolongado periodo de agitación. Si persisten burbujas de aire, centrifuga la dispersión polimérica a 1000 G durante cinco minutos a 25 grados Celsius.

Añadir la carga a la concentración deseada en la dispersión polimérica y remover la mezcla moderadamente hasta que se vuelva homogénea sin incorporar nuevas burbujas de aire. Ahora, para acomodar los moldes en los pozos, usa arcilla modeladora o cemento dental y desecha los moldes PDMS en la placa de 12 pozos. A continuación, fundir 20 microlitros de la mezcla polimérica cargada de fármacos sobre los moldes de PDMS.

Coloca la placa en la centrífuga y haz girar a 3000 G durante cinco minutos a 25 grados Celsius. Ahora, gira la placa 180 grados y repite la centrifugación para asegurar el relleno de todas las cavidades en forma de aguja. Luego, usando una pipeta, retira cuidadosamente el exceso de dispersión polimérica cargada de fármacos de los moldes.

Seque la dispersión polimérica cargada de fármacos en los moldes colocándolos bajo vacío a 600 milibares durante 30 minutos a 25 grados Celsius. Preparar una dispersión polimérica altamente concentrada libre de fármacos para formar la placa base del dispositivo del DMAP. Asegúrate de que la dispersión sea homogénea antes de usarla.

A continuación, fundir 50 microlitros de la dispersión polimérica libre de fármacos sobre los moldes PDMS. Coloca la placa en la centrífuga y gira dos veces, incluyendo una rotación de la placa en el punto medio de 180 grados. Tras la centrifugación, añade 100 microlitros de dispersión a cada molde, seguidos de 50 microlitros adicionales a la base tras 12 horas.

Deja los DMAP en los moldes de PDMS secar durante tres a cinco días a temperatura ambiente en un desecador de sellado en seco. Des-endola cuidadosamente los DMAP de los moldes PDMS usando pinzas. Alternativamente, despega los DMAP de los moldes usando cinta de celulosa escocesa.

Para el método de presión positiva, fundir 150 microlitros de la mezcla polimérica cargada con fármacos sobre los moldes PDMS y colócalos en un tanque de presión. Llena el depósito de presión con aire hasta que alcance una presión entre tres y cuatro bar. Mantén esta presión durante al menos 15 minutos.

Visualiza los DMAP usando una microcámara con la ampliación adecuada para distinguir las proyecciones en forma de aguja. Ajusta el enfoque para resolver claramente microagujas individuales. A continuación, conecta los DMAP a un dispositivo de soporte para visualizar la morfología y la longitud de las proyecciones en forma de microaguja mediante microscopía óptica.

Evalúa las propiedades mecánicas de los DMAP colocando el dispositivo en un aplicador de DMAP disponible comercialmente. Comprime el aplicador contra una superficie plana de acero inoxidable durante 30 segundos. Tras la compresión, registra la longitud de las proyecciones en forma de microaguja y calcula el porcentaje de deformación comparando la longitud antes y después de la compresión.

Después, determinar la capacidad de inserción preliminar de los DMAP utilizando un método sustituto de piel artificial basado en láminas termoplásticas hechas de material tipo olefina. Comprime el dispositivo DMAPs contra ocho láminas encuadernadas usando las mismas condiciones de compresión aplicadas a la superficie de acero inoxidable. Ahora, determina la capacidad de inserción ex vivo de los DMAP utilizando explantes de piel humana, porcina o de roedor que hayan sido previamente extirpados y cuidadosamente podados.

Limpia el explantado de la piel remojándolo en abundante agua durante uno o dos minutos. Coloca el explantado de piel limpia sobre un material de espuma envuelto en papel de aluminio con el lado del estrato córneo hacia arriba. Proceder con la inserción usando las mismas condiciones de compresión descritas anteriormente.

Deja los DMAP insertados en la piel hasta que se disolvan las puntas de la microaguja y observa que el dispositivo permanece en contacto con la piel durante la disolución. Determina la deposición y absorción de la piel ex vivo utilizando un sistema de células de Franz-Diffusion. Prepara el explante de piel utilizando el procedimiento de recorte y limpieza descrito anteriormente, e inserta los DMAPs en la estructura de la piel durante 30 segundos.

Pega la cámara donante de la célula de Franz-Diffusion a la piel usando una cantidad adecuada de cianoacrilato. Deja que el adhesivo se seque completamente y luego une el complejo de la cámara donante de piel a la cámara receptora usando unas pinzas adecuadas. Finalmente, proceda con el muestreo según el protocolo estándar de celda de difusión.

Los DMAP fabricados mostraban una apariencia homogénea con éxito en la formación de proyecciones similares a microagujas, y el tinte de color se localizaba dentro de las proyecciones, dejando la placa base libre de fármacos. La microscopía óptica reveló que las proyecciones en forma de microaguja tenían extremos afilados en las puntas y no se deformaban antes de la compresión. Tras la compresión, las proyecciones en forma de microaguja mostraron una deformación visible de la estructura.

En un modelo de piel artificial, los DMAP penetraron con éxito la lámina termoplástica, creando agujeros visibles. El número de agujeros creados en diferentes capas del modelo termoplástico se correlacionaba con la profundidad de inserción de microagujas. Los explanteamientos de piel murina ex vivo mostraron teñido progresivo de las capas internas de la piel tras la inserción, consistente con la disolución de DMAP a lo largo del tiempo.

El examen histológico con tinción de hematoxilina por eosina confirmó la inserción de proyecciones similares a microagujas en secciones de piel. Se utilizó un sistema de células de Franz-Diffusion para evaluar la difusión de fármacos a través de explantes cutáneos, con una visualización clara de la cámara donante, la piel y la cámara receptora. Este protocolo proporciona una guía fundamental para fabricar dispositivos de microaguja disolubles, permitiendo a los investigadores explorar su diseño, rendimiento y potencial de aplicación biomédica.

Un desafío clave es garantizar la compatibilidad de la carga con la matriz polimérica. Ciertas cargas pueden interferir con las propiedades del material o comprometer el rendimiento de las microagujas. Estudios futuros pueden adaptar este protocolo a fármacos y polímeros específicos, optimizando la preparación de microagujas y ampliando aplicaciones a usos terapéuticos y biomédicos.