Oplossende micronaaldarray-patches vervaardigd met oplosmiddelgiettechniek en essentiële karakterisering van micronaald-gebaseerde biomedische apparaten

Ons onderzoek richt zich voornamelijk op de optimalisatie van een huidmedicijnafgifte met behulp van nano- en microsystemen, zoals micronaald-gebaseerde apparaten. Deze studie biedt een haalbare en reproduceerbare methode voor het bereiden van oplossende micronaalden. Om te beginnen bereid je de waterige colloïdale dispersie van de samenstellende materialen van DMAP's voor door ze op te lossen in de juiste hoeveelheid water.

Roer het mengsel krachtig om een gelijkmatige verspreiding te krijgen. Laat de polymeren minimaal een nacht roeren om volledige verspreiding te bereiken, en laat de luchtbellen tijdens deze langdurige roerperiode verspreiden. Als luchtbellen blijven bestaan, centrifugeer dan de polymeerdispersie op 1000 G gedurende vijf minuten bij 25 graden Celsius.

Voeg de lading met de gewenste concentratie toe aan de polymeerdispersie en roer het mengsel matig totdat het homogeen wordt zonder nieuwe luchtbellen te verwerken. Om de mallen in de putten te plaatsen, gebruik je modelleerklei of tandcement en gooi je de PDMS-mallen in de 12-wellplaat. Vervolgens giet je 20 microliter van het door medicijn geladen polymeermengsel op de PDMS-mallen.

Plaats de plaat in de centrifuge en draai hem vijf minuten op 3000 G bij 25 graden Celsius. Draai nu de plaat 180 graden en herhaal de centrifugatie om te zorgen dat alle naaldvormige holtes worden gevuld. Verwijder vervolgens met een pipet voorzichtig de overtollige, door medicijnen gevulde polymeerdispersie uit de mallen.

Droog de polymere dispersie in de mallen door ze 30 minuten bij 25 graden Celsius onder vacuüm te plaatsen bij 600 millibar. Bereid een hooggeconcentreerde polymere dispersie vrij van medicijnen voor om de basisplaat van het DMAP-apparaat te vormen. Zorg ervoor dat de verspreiding homogeen is voordat je het gebruikt.

Vervolgens giet je 50 microliter van de medicijnvrije polymere dispersie op de PDMS-mallen. Plaats de plaat in de centrifuge en draai twee keer, inclusief een middenplaatrotatie van 180 graden. Na centrifugatie voeg je 100 microliter dispersie toe aan elke mal, gevolgd door nog eens 50 microliter aan de bodemplaat na 12 uur.

Laat de DMAP's drie tot vijf dagen in de PDMS-mallen drogen op kamertemperatuur in een droog afdichtend droogwater. Demold de DMAP's voorzichtig uit de PDMS-mallen met behulp van een tang. Of haal de DMAP's van de mallen met scotch cellulose tape.

Voor de positieve drukmethode giet je 150 microliter van het door het medicijn geladen polymere mengsel op de PDMS-mallen en plaats je deze in een druktank. Vul de druktank met lucht totdat deze een druk tussen de drie en vier bar bereikt. Houd deze druk minstens 15 minuten vol.

Visualiseer de DMAP's met een microcamera met passende vergroting om de naaldachtige projecties te onderscheiden. Pas de focus aan om individuele micronaalden duidelijk te onderscheiden. Vervolgens bevestig je de DMAP's aan een ondersteuningsapparaat om de morfologie en lengte van de micronaaldachtige projecties met optische microscopie te visualiseren.

Evalueer de mechanische eigenschappen van de DMAP's door het apparaat in een commercieel verkrijgbare DMAP-applicator te plaatsen. Druk de applicator 30 seconden samen tegen een roestvrijstalen vlak oppervlak. Na compressie noteer je de lengte van de micronaaldachtige projecties en bereken je het vervormingspercentage door de lengte voor en na compressie te vergelijken.

Vervolgens bepaal je de voorlopige inbrengcapaciteit van de DMAP's met behulp van een surrogaat-kunstmatige huidmethode gebaseerd op thermoplastische platen van olefine-achtig materiaal. Compressie het DMAP-apparaat tegen acht gebonden platen met dezelfde compressieomstandigheden die op het roestvrijstalen oppervlak worden toegepast. Bepaal nu de ex vivo insertiecapaciteit van de DMAP's met behulp van huidexplants van mens, varkens of knaagdieren die eerder zijn verwijderd en zorgvuldig getrimd.

Maak de huidexplant schoon door deze één tot twee minuten in ruim water te weken. Plaats de schone huidexplant op een met aluminiumfolie omwikkeld schuimmateriaal met de kant van het stratum corneum naar boven gericht. Ga verder met het plaatsen met dezelfde compressieomstandigheden als eerder beschreven.

Laat de DMAP's in de huid worden ingebracht totdat de micronaaldtoppen zijn opgelost, en observeer dat het apparaat tijdens de oplossing contact blijft met de huid. Bepaal de ex vivo huidafzetting en -absorptie van het geneesmiddel met behulp van een Franz-Diffusion-celopstelling. Bereid de huidexplant voor met de eerder beschreven snoei- en reinigingsprocedure en breng de DMAP's gedurende 30 seconden in de huidstructuur.

Lijm de donorkamer van de Franz-Diffusiecel aan de huid met een geschikte hoeveelheid cyanoacrylaat. Laat de lijm volledig drogen en bevestig vervolgens het huiddonorkamercomplex met geschikte klemmen aan de receptorkamer. Ga tenslotte verder met het bemonsteren volgens het standaard diffusiecelprotocol.

Vervaardigde DMAP's vertoonden een homogeen uiterlijk met succesvolle vorming van micronaaldachtige projecties, waarbij de kleurstof binnen de projecties werd gelokaliseerd, waarbij de basisplaat vrij bleef van medicijnen. Optische microscopie toonde aan dat micronaaldachtige projecties scherpe uiteinden hadden en geen vervorming vóór compressie. Na compressie toonden micronaaldachtige projecties zichtbare vervorming van de structuur.

In een kunstmatig huidmodel drongen DMAP's succesvol door de thermoplastische plaat, waardoor zichtbare gaten ontstonden. Het aantal gaten dat in verschillende lagen van het thermoplastische model wordt gemaakt, correleert met de diepte van de micronaaldinsteek. Ex-vivo muishuidexplants vertoonden progressieve afsterving van de binnenste huidlagen na het inbrengen, wat consistent is met het oplossen van DMAP in de loop van de tijd.

Histologisch onderzoek met Eosine-hematoxylinkleuring, bevestigde invoeging van micronaaldachtige projecties in huidsecties. Een Franz-diffusiecelopstelling werd gebruikt om de diffusie van geneesmiddelen via huidexplanten te evalueren, met een duidelijke visualisatie van de donorkamer, huid en receptorkamer. Dit protocol biedt een fundamentele richtlijn voor het vervaardigen van oplosbare micronaaldapparaten, waardoor onderzoekers hun ontwerp, prestaties en biomedische toepassingspotentieel kunnen verkennen.

Een belangrijke uitdaging is het waarborgen van compatibiliteit van lading met de polymeermatrix. Bepaalde ladingen kunnen de materiaaleigenschappen verstoren of de prestaties van micronaalden aantasten. Toekomstige studies kunnen dit protocol aanpassen aan specifieke geneesmiddelen en polymeren, waardoor de voorbereiding van micronaalden wordt geoptimaliseerd en toepassingen worden uitgebreid binnen therapeutische en biomedische toepassingen.