I microaghi (MN) sono un nuovo sistema di somministrazione di farmaci in grado di penetrare la barriera cutanea in modo non invasivo per somministrare i farmaci. Questo metodo supera la bassa biodisponibilità della somministrazione orale e il rischio di dolore e infezione dovuto all'erogazionetramite iniezione 1. Grazie al loro uso semplice e all'elevata compliance da parte dei pazienti, i MN hanno visto applicazioni in espansione neicosmetici 2,vaccini 3, monitoraggio deibiomarcatori 4 e somministrazione di farmacipolimerici 5.
I metodi di fabbricazione MN generalmente prevedono tecniche distampaggio 6. Gli stampi utilizzati per la fusione dei MN sono realizzati tramite lavorazione delmetallo 7 e stampa3D 8. Tuttavia, un ostacolo all'uso di questi metodi è che richiedono attrezzature e strutture costose. Inoltre, a causa dei loro limiti di risoluzione, è difficile produrre le strutture penetranti della pelle utilizzate come MN. Inoltre, si usano materiali molto viscosi per produrre MNsbiodegradabili 9,10. Quando il materiale MN viene applicato allo stampo, l'aria intrappolata nelle microstrutture dello stampo può impedire la corretta formazione delle punte MN e ridurre la resa degli arrayMN 11. Studi hanno riportato metodi per affrontare questi problemi, come la colatacentrifuga 12, la degassazione a vuoto con una camera13 e il trattamento idrofilo della superficie dellostampo 14, che sono stati riportati come efficaci per mitigare questo problema. Tuttavia, è ancora necessario un processo di fabbricazione basato su stampi più semplice ed efficiente.
Tipicamente, le MN sciolgenti vengono realizzate mescolando il composto bersaglio con un polimero solubile in acqua in forma liquida e fondendo la miscela in unostampo 15. Con le sostanze solubili in acqua, la fabbricazione è relativamente semplice utilizzando procedure semplici come sciogliere il composto bersaglio in acqua distillata e mescolarlo con un polimerosolubile 16. Tuttavia, con le sostanze insolubili in acqua, deve essere sviluppato un processo separato per caricarle nelle MN. Ad esempio, un farmaco insolubile può essere sciolto in un cosolvente acqua/etanolo e mescolato, poi concentrato nel vuoto, filtrato e liofilizzato come pretrattamento, e successivamente miscelato in una soluzione polimerica solubile per fabbricareMNs 17. Questo processo per caricare i farmaci insolubili nelle MN è complesso e richiede molto tempo. Pertanto, è necessario sviluppare un processo di fabbricazione più efficiente e un metodo per prevedere con precisione la quantità di farmaco puro caricato. Oltre al tipo misto farmaco, è necessario sviluppare anche metodi per fabbricare MN che immagazzino il farmaco in uno spazio separato.
Per affrontare i due problemi sopra menzionati, questo studio ha fabbricato uno stampo master in silicio per la produzione in MN che previene l'intrappolamento dell'aria durante la fusione di polimeri viscosi e ne ha convalidato l'utilità. Durante la colata del polimero per la fabbricazione di MN, man mano che il polimero viscoso riempie la cavità dello stampo, l'aria residua all'interno viene naturalmente ventilata e la cavità si riempie completamente. A causa dell'elevata viscosità, questo processo di riempimento si interrompe senza che il polimero esci dallo stampo. Attraverso questo processo, la geometria dello stampo può essere replicata fedelmente e possono essere realizzate MN con punte affilate. Quando il volume del polimero viscoso è minore del volume interno della cavità dello stampo, il polimero viscoso scorre lungo le pareti inclinate dello stampo verso l'uscita dell'aria d'aria, formando così che il MN si forma con un interno vuoto. La Figura 1 delinea il metodo tipico di fabbricazione MN utilizzando uno stampo convenzionale (1) e il nostro concetto chiave di uno stampo master dotato di AVH (2).
Questo protocollo utilizzava un processo di incisione a doppia faccia su un wafer di silicio per produrre uno stampo con un AVH in scala microscopica sul retro. Dopo l'applicazione del polimero sotto vuoto, il polimero viscoso riempie la cavità dello stampo producendo una MN con punta affilata. Controllando il volume dispensato del materiale MN, possiamo fabbricare un MN solido standard (con un interno riempito) oppure, se viene erogato un volume minore, un MN cavo in cui il polimero viscoso ricopre la superficie dello stampo a un certo spessore, lasciando però un interno vuoto. Questo fornisce un processo versatile per la fabbricazione di vari tipi di MN.
La gelatina è stata scelta come materiale matriciale per la fabbricazione del MN perché offre alta biocompatibilità e proprietà meccaniche favorevoli, offrendo anche ampia disponibilità, basso costo, solubilità in acqua e biodegradabilità come biomateriale a base proteica ampiamente utilizzato in applicazioni biomediche e nei sistemi MN dissolventi oidrogel 18,19. Studi precedenti hanno anche dimostrato che le MN a base di gelatina o gelatina-metacriloile possono penetrare la pelle senza piegarsi o fratturarsi, confermando che le reti di gelatina forniscono sufficiente resistenza meccanica e integrità strutturale per un'inserzione cutaneaaffidabile 20,21.
Per il materiale utilizzato nella fabbricazione MN, è stata preparata una soluzione di gelatina al 10,31% (p/v) mescolando 1 g di gelatina con 9 mL di acqua distillata. Secondo la letteratura, la viscosità di una soluzione gelatinosa al 10% (p/v) a 25 °C è 39,43-46,63 mPa·s 22, e la differenza di concentrazione tra la soluzione di gelatina al 10,31% (p/v) utilizzata in questo studio e la soluzione di riferimento al 10% (p/v) è dello 0,31%, con entrambi i valori che rientrano nell'intervallo di viscosità 6,64-429 mPa·s su cui le formulazioni di polimeri acquosi sono state utilizzate con successo per la fabbricazione a base di muffi diMNs 23, indicando che l'attuale approccio di riempimento per stampi assistiti da AVH è, in linea di principio, applicabile a soluzioni acquose polimeriche le cui viscosità rientrano in questo intervallo.
Attraverso la colata controllata, questo studio ha prodotto e confrontato due tipi di MN, selezionandoli invece dei MN porosi, che presentano un compromesso tra porosità e resistenza meccanica che compromette la robustezzameccanica 24: un MN solido che mostra alta resistenza meccanica e affidabilità di inserimento con superiore efficienza di penetrazionedella pelle 25, e un MN cavo capace di immagazzinare farmaci insolubili in acqua all'interno della sua cavità interna, offrendo un'elevata applicabilità per la successiva conversione in progetti di MN solido caricatida farmaci 26. Quando il farmaco può essere miscelato con il materiale dell'ago, i MN solidi sono adatti, mentre i MN cavi sono adatti a sostanze poco solubili e difficili da miscelare.