Patchs à microaiguilles dissolvables fabriqués par la technique de moulage au solvant et caractérisation essentielle des dispositifs biomédicaux à microaiguilles

Nos recherches portent principalement sur l’optimisation de la délivrance de médicaments cutanés à l’aide de nanosystèmes et microsystèmes, tels que les dispositifs basés sur des microaiguilles. Cette étude propose une méthode réalisable et reproductible pour préparer des microaiguilles dissolvables. Pour commencer, préparez la dispersion colloïdale aqueuse des matériaux constitutifs des DMAP, en les dissolvant dans la quantité d’eau appropriée.

Remuez vigoureusement le mélange pour obtenir une dispersion uniforme. Laissez les polymères remuer au minimum pendant la nuit pour obtenir une dispersion complète, et laissez les bulles d’air se disperser pendant cette longue période de brassage. Si les bulles d’air persistent, centrifugez la dispersion polymérique à 1000 G pendant cinq minutes à 25 degrés Celsius.

Ajoutez la cargaison à la concentration souhaitée dans la dispersion polymérique, puis remuez modérément le mélange jusqu’à ce qu’il devienne homogène sans incorporer de nouvelles bulles d’air. Pour intégrer les moules dans les puits, utilisez de l’argile à modeler ou du ciment dentaire, puis jetez les moules PDMS dans la plaque à 12 puits. Ensuite, coulez 20 microlitres du mélange polymérique chargé de médicament sur les moules PDMS.

Placez la plaque dans la centrifugeuse et faites tourner à 3000 G pendant cinq minutes à 25 degrés Celsius. Tournez maintenant la plaque de 180 degrés, puis répétez la centrifugation pour assurer le remplissage de toutes les cavités en forme d’aiguille. Ensuite, à l’aide d’une pipette, retirez soigneusement l’excès de dispersion polymérique chargée de médicaments des moules.

Séchez la dispersion polymérique chargée de médicament dans les moules en les plaçant sous vide à 600 millibars pendant 30 minutes à 25 degrés Celsius. Préparez une dispersion polymérique hautement concentrée, exempte de médicaments, pour former la plaque de base du dispositif du DMAP. Assurez-vous que la dispersion est homogène avant utilisation.

Ensuite, coulez 50 microlitres de dispersion polymérique sans médicament sur les moules PDMS. Placez la plaque dans la centrifugeuse et faites tourner deux fois, en effectuant une rotation de la plaque au milieu de 180 degrés. Après centrifugation, ajoutez 100 microlitres de dispersion à chaque moule, puis 50 microlitres supplémentaires sur la plaque de base après 12 heures.

Laissez les DMAP dans les moules PDMS à sécher pendant trois à cinq jours à température ambiante dans un désecateur à joint sec. Démoldez soigneusement les points d’écoute des PDMS à l’aide de pinces. Sinon, décollez les DMAP des moules à l’aide de ruban scotch cellulose.

Pour la méthode à pression positive, couler 150 microlitres du mélange polymère chargé de médicament sur les moules PDMS, puis les placer dans un réservoir sous pression. Remplissez le réservoir de pression d’air jusqu’à ce qu’il atteigne une pression comprise entre trois et quatre bars. Maintenez cette pression pendant au moins 15 minutes.

Visualisez les DMAP à l’aide d’une micro-caméra avec un grossissement approprié pour distinguer les projections en forme d’aiguille. Ajustez la mise au point pour résoudre clairement les micro-aiguilles individuelles. Ensuite, fixez les DMAP à un dispositif de support pour visualiser la morphologie et la longueur des projections en forme de microaiguille par microscopie optique.

Évaluez les propriétés mécaniques des DMAP en plaçant l’appareil dans un applicateur de DMAP commercialement disponible. Compressez l’applicateur contre une surface plane en acier inoxydable pendant 30 secondes. Après compression, notez la longueur des projections en forme de microaiguille et calculez le pourcentage de déformation en comparant la longueur avant et après la compression.

Ensuite, il faut déterminer la capacité d’insertion préliminaire des DMAP à l’aide d’une méthode de peau artificielle de substitution, basée sur des feuilles thermoplastiques faites d’un matériau de type oléfine. Comprimer le dispositif DMAP contre huit feuilles liées en utilisant les mêmes conditions de compression appliquées à la surface en acier inoxydable. Déterminez maintenant la capacité d’insertion ex vivo des DMAP à partir d’explants humains, porcins ou de rongeurs qui ont déjà été excisés et soigneusement taillés.

Nettoyez l’explant de la peau en le faisant tremper dans beaucoup d’eau pendant une à deux minutes. Placez l’explant de peau propre sur un matériau mousseux enveloppé de papier aluminium avec le côté stratum corneum vers le haut. Procédez à l’insertion en utilisant les mêmes conditions de compression décrites précédemment.

Laissez les DMAP insérés dans la peau jusqu’à la dissolution des pointes de microaiguilles, et observez l’appareil restant en contact avec la peau lors de la dissolution. Déterminez le dépôt et l’absorption de la peau ex vivo à l’aide d’un système de cellules de Franz-Diffusion. Préparez l’explant cutané en suivant la procédure de coupe et de nettoyage décrite précédemment, puis insérez les DMAP dans la structure cutanée pendant 30 secondes.

Collez la chambre donneuse de la cellule de Franz-Diffusion sur la peau à l’aide d’une quantité appropriée de cyanoacrylate. Laissez sécher complètement l’adhésif, puis fixez le complexe de la chambre donneuse de peau à la chambre réceptrice à l’aide de pinces appropriées. Enfin, procéder à l’échantillonnage selon le protocole standard de cellule de diffusion.

Les DMAP fabriqués présentaient une apparence homogène avec la formation réussie de projections en forme de micro-aiguilles, et la teinture colorée était localisée à l’intérieur des projections, la plaque de base restant exempte de médicaments. La microscopie optique a révélé que les projections en forme d’aiguilles avaient des extrémités pointues et aucune déformation avant la compression. Après compression, des projections en forme de microaiguilles ont montré une déformation visible de la structure.

Dans un modèle de peau artificielle, les DMAP ont réussi à pénétrer la feuille thermoplastique, créant des trous visibles. Le nombre de trous créés dans les différentes couches du modèle thermoplastique était corrélé à la profondeur d’insertion par microaiguille. Les explantes cutanées murines ex vivo ont montré une teinture progressive des couches internes de la peau après l’insertion, cohérente avec la dissolution du DMAP au fil du temps.

Examen histologique avec coloration à l’hématoxyline à éosine a confirmé l’insertion de projections en forme de micro-aiguilles dans les sections cutanées. Un système de cellules de Franz-Diffusion a été utilisé pour évaluer la diffusion des médicaments à travers les explantes cutanées, avec une visualisation claire de la chambre donneuse, de la peau et de la chambre réceptrice. Ce protocole fournit une ligne directrice fondamentale pour la fabrication de dispositifs à microaiguilles dissolvables, permettant aux chercheurs d’explorer leur conception, leurs performances et leur potentiel d’application biomédicale.

Un défi clé est d’assurer la compatibilité du cargo avec la matrice polymère. Certaines cargaisons peuvent interférer avec les propriétés du matériau ou compromettre la performance des microaiguilles. Des études futures pourront adapter ce protocole à des médicaments et polymères spécifiques, optimisant la préparation des microaiguilles et élargissant les applications à des usages thérapeutiques et biomédicaux.