Este protocolo descreve a fabricação, caracterização e aplicação de patches de microneedles carregados com 3BDO e de dissolução rápida para administração transdérmica de fármacos em um modelo de regeneração capilar em camundongo.
Artigo de método
* These authors contributed equally
Este protocolo descreve a fabricação, caracterização e aplicação de patches de microneedles carregados com 3BDO e de dissolução rápida para administração transdérmica de fármacos em um modelo de regeneração capilar em camundongo.
Os tratamentos convencionais para a alopecia androgenética (AA) apresentam limitações, o que motiva abordagens alternativas de administração. Este protocolo descreve a fabricação, caracterização e aplicação de microagulhas solúveis carregadas com 3BDO, compostas por ácido hialurônico/quitosana (HA/CS), em um modelo de regeneração capilar em camundongos C57BL/6. O método utiliza um processo de moldagem em duas etapas em um molde de polidimetilsiloxano (PDMS) para concentrar o 3BDO nas pontas das microagulhas, ao mesmo tempo em que forma uma camada de suporte de HA/CS sem fármaco. O curativo é caracterizado por meio de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), testes mecânicos, testes de inserção e dissolução na pele, testes de liberação in vitro, ensaios antibacterianos, testes de citotoxicidade e avaliação in vivo da regeneração capilar. Após a inserção, as pontas das microagulhas se dissolvem, liberando o 3BDO localmente. A avaliação in vivo mostrou que o grupo tratado com microagulhas carregadas com 3BDO apresentou uma regeneração capilar mais uniforme em comparação com os grupos submetidos à injeção subcutânea e ao grupo controle. Este protocolo também permite a avaliação da morfologia do curativo, do desempenho na inserção e da biocompatibilidade local. Este método fornece um fluxo de trabalho pré-clínico para avaliar a administração mediada por microagulhas do 3BDO em aplicações de regeneração capilar.
A alopecia androgenética (AGA) é uma das doenças clínicas de queda de cabelo mais comuns, caracterizada principalmente pelo afinamento progressivo e perda de cabelo no couro cabeludo. Sua prevalência ao longo da vida permanece persistentemente alta entre homens, tornando-a um problema de saúde crítico que exige resolução urgente1,2. Atualmente, os tratamentos clínicos para a AGA são principalmente classificados em intervenções farmacológicas e transplante cirúrgico, ambos com desvantagens significativas. Fármacos terapêuticos de primeira linha, como finasterida e minoxidil, apresentam certos efeitos terapêuticos, mas estão associados a reações adversas definidas, como disfunção sexual, prurido no couro cabeludo e ressecamento do couro cabeludo1,3. Embora o transplante capilar possa promover a regeneração local do cabelo, ele é limitado por altos custos de tratamento, quantidade insuficiente de cabelo nas áreas doadoras e taxas variáveis de sobrevivência dos enxertos, dificultando sua ampla popularização na prática clínica1. Diante dessas limitações, há necessidade de novas estratégias terapêuticas que combinem eficácia, segurança e adesão do paciente.
O 3BDO é um ativador de molécula pequena da mTOR que compete com a rapamicina4. Tem sido amplamente utilizado como inibidor da autofagia em diversos sistemas5,6,7. Por exemplo, o tratamento de longo prazo com 3BDO pode melhorar a função da memória ao reduzir o número de autofagossomos8. Além disso, evidências crescentes sugerem que o 3BDO pode atuar independentemente como ativador da mTOR. Por exemplo, o 3BDO impediu a morte de células endoteliais e o desenvolvimento da aterosclerose em camundongos, independentemente da atividade da mTOR9. No entanto, seu possível papel no crescimento do folículo piloso ainda não foi relatado. Notavelmente, em nossos estudos preliminares, observou-se que o 3BDO promove o crescimento de novos pelos. Contudo, os métodos tradicionais de administração tópica de fármacos apresentam limitações evidentes. A camada córnea da pele limita a eficiência transdérmica, dificultando a entrega de medicamentos ao sítio-alvo nos folículos pilosos na derme. Embora géis transdérmicos possam prolongar o tempo de retenção do fármaco, podem deixar resíduos indesejáveis. A eficácia clínica de ambas as estratégias de tratamento mencionadas acima permanece subótima10,11.
As microneedles (MNs) são uma tecnologia inovadora e indolor de administração de fármacos cuja principal vantagem reside na sua capacidade de penetrar facilmente o estrato córneo e entregar com precisão medicamentos ao microambiente perifolicular na junção entre a epiderme e a derme. Além disso, as MNs apresentam uso conveniente, mínima invasividade e custo razoável12,13,14. Para superar o gargalo da entrega transdérmica do 3BDO tópico, foi desenvolvido um curativo com microneedles utilizando ácido hialurônico (HA) como matriz e quitosana (CS) como componente funcional. A incorporação de CS tem como objetivo fornecer um componente funcional com potencial antibacteriano. Além disso, a aplicação de HA na pele de camundongos alopecicos pode estimular significativamente o desenvolvimento dos folículos pilosos15. Portanto, este protocolo descreve a fabricação e caracterização de um sistema de MNs dissolúveis carregadas com 3BDO e sua aplicação em um modelo de regeneração capilar em camundongos C57BL/6 depilados. Esse modelo é útil para avaliar as respostas de regeneração capilar após a depilação, mas por si só não estabelece eficácia clínica para a AAG.
O estudo foi aprovado pelo comitê de ética em experimentação animal da Universidade Médica de Shandong & Academia de Ciências Médicas de Shandong (W202112030345). Todos os métodos foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentações pertinentes.
1. Fabricação dos patches 3BDO@MN
2. Caracterização dos patches de 3BDO@MN
3. Experimentos com animais
Este protocolo apresenta a fabricação e caracterização do curativo 3BDO@MN. Figura 1 mostra o esquema do processo de fabricação do curativo 3BDO@MN. O 3BDO foi misturado na formulação de CS/HA, e a mistura da matriz foi então adicionada à matriz de MN de PDMS e centrifugada para preencher as pontas das agulhas. A mistura da matriz de CS/HA sem 3BDO foi adicionada à superfície da matriz e centrifugada para preencher a camada de suporte. Após secagem completa, os curativos foram destacados para obter os curativos 3BDO@MN. A morfologia das MNs foi caracterizada por MEV, conforme mostrado na Figura 2A.
As MNs cônicas foram formadas uniformemente em um arranjo 20 × 20 em um curativo de 15 × 15 mm, cada uma com largura da base de 250 µm e altura de 600 µm. As pontas das MNs resistiram a uma força de 1,2 N, suficiente para penetração na pele, conforme evidenciado por orifícios claros de inserção observados por meio de coloração com hematoxilina e eosina (H&E) (Figura 2B,C). A pele dorsal de camundongo foi então utilizada para testar a aplicação de curativos com 3BDO@MN. Os curativos foram pressionados contra a pele do camundongo para medir o tempo de dissolução, e as pontas das MNs se dissolveram completamente em até 60 s (Figura 2D). No ensaio in vitro, o perfil de liberação do 3BDO a partir das MNs mostrou que aproximadamente 90% do fármaco foi liberado (Figura 2E). O extrato das MNs não apresentou citotoxicidade em células epidérmicas e dérmicas, enquanto 1 µM de 3BDO promoveu significativamente o crescimento celular (Figura 2F). A formulação contendo quitosana demonstrou atividade antibacteriana dependente da concentração contra E. coli e S. aureus, com efeito mais acentuado em concentrações superiores a 10 mg/mL (Figura 2G,H). Esses resultados apoiam o uso da quitosana como componente funcional da formulação das MNs, embora testes adicionais dos curativos fabricados sejam necessários para confirmar o desempenho antibacteriano em condições de aplicação.
Os resultados experimentais com animais demonstraram que o grupo 3BDO@MN exibiu pigmentação significativa da pele no dia 5. No dia 15, o grupo que recebeu injeções de 3BDO apresentou cerca de 45% de cobertura capilar, em comparação com aproximadamente 39% no grupo controle, enquanto o grupo 3BDO@MN alcançou cerca de 90% de cobertura (Figura 3). O crescimento capilar no grupo 3BDO@MN foi mais uniforme e denso, indicando melhor penetração e retenção do fármaco em comparação com a injeção direta.
Em conjunto, esses achados indicam que a entrega mediada por MN de 3BDO promoveu o crescimento capilar no modelo de camundongo C57BL/6 despilado utilizado neste estudo. São necessários estudos adicionais para determinar se essa abordagem é eficaz em modelos específicos de alopecia androgenética e sob condições de dosagem clinicamente relevantes.

Figura 1. Ilustração esquemática do processo de fabricação dos 3BDO@MNs. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.

Figura 2. Fabricação e caracterização do sistema 3BDO@MN. (A) Imagem de MEV mostrando a morfologia dos 3BDO@MN. Barra de escala = 500 µm. (B) Curva força-deslocamento dos 3BDO@MN. (C) Seção transversal de pele de camundongo corada com H&E após inserção dos 3BDO@MN e remoção da base, confirmando a penetração bem-sucedida no tecido. Barra de escala = 100 µm. (D) Imagens de MEV mostrando a dissolução dos MNs aos 5 s, 10 s, 30 s e 60 s após a inserção na pele. (E) Perfil cumulativo in vitro de liberação do 3BDO a partir dos MNs. (F) Viabilidade celular de células epidérmicas e células dérmicas tratadas com 3BDO, extrato de MN e extrato de MN contendo 3BDO após 24 h. (G,H) Absorbância em 620 nm das suspensões de (G) Staphylococcus aureus e (H) Escherichia coli cultivadas em meio contendo quitosana em diferentes concentrações. Os dados são apresentados como média ± DP (n = 3), e a significância estatística foi analisada por ANOVA a um critério (**p < 0,01). Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.

Figura 3. Efeitos do 3BDO@MNs na regeneração capilar in vivo. (A) Ilustração esquemática dos experimentos com animais. (B) Imagens representativas da pele dorsal de camundongos no dia 0 (aparado), dia 5, dia 10 e dia 15 após o tratamento. (C) Análise quantitativa dos escores de pigmentação (unidades arbitrárias) em (B). (D) Análise quantitativa da área de cobertura capilar (%) na região tratada em (B). (E) Mudança relativa da área de cobertura capilar na região tratada em comparação com o grupo controle. Os dados são apresentados como média ± DP (n = 5) e a significância estatística foi analisada por ANOVA unidirecional (**p < 0,01). Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.
Atualmente, os tratamentos clínicos para a AAG são principalmente classificados em intervenções farmacológicas e transplante cirúrgico. Neste estudo, os MNs carregados com 3BDO promoveram o crescimento capilar em um modelo de camundongo C57BL/6. No entanto, os métodos convencionais de administração de fármacos apresentam limitações, como distribuição desigual do medicamento. O protocolo principal deste estudo é um método em duas etapas para fabricar MNs carregados com 3BDO. O AH e o CS são os componentes principais dos MNs. Várias etapas críticas exigem atenção para garantir a qualidade dos MNs.
Primeiro, para evitar a formação de bolhas de ar na solução polimérica, utilizou-se um molde pré-resfriado para retardar a evaporação do solvente durante a centrifugação. Segundo, as condições de secagem afetam diretamente a fragilidade da ponta e a integridade da camada de suporte. Secagem por 16 h a 36 °C com umidade controlada ajudou a garantir pontas com resistência mecânica suficiente, ao mesmo tempo em que manteve a flexibilidade da camada de suporte, evitando a secagem excessiva. Terceiro, uma velocidade de 134 × g por 5 min concentra efetivamente o 3BDO na região da ponta, mas velocidades mais altas ou tempos mais longos podem causar precipitação do fármaco na base da matriz, reduzindo a eficiência de entrega. Para o in vivo ensaio, camundongos C57BL/6 foram utilizados como modelo de regeneração capilar. Os folículos pilosos de camundongos C57BL/6 exibem um ciclo de crescimento capilar visível e altamente sincronizado, o que oferece conveniência experimental e os torna um dos modelos mais comuns para o estudo de doenças cutâneas¹⁶. Aproximadamente aos 7 semanas de idade, os folículos pilosos de camundongos C57BL/6 entram naturalmente na fase telógena. Após a depilação artificial dos camundongos, os folículos pilosos reentram imediatamente na fase anágena17. O in vivo ensaio mostrou que o sistema MN promoveu um crescimento capilar mais uniforme do que a injeção subcutânea neste modelo.
O sistema 3BDO@MN pode representar uma estratégia pré-clínica promissora para o tratamento da queda de cabelo, integrando uma molécula pequena regeneradora capilar com uma plataforma de liberação transdérmica minimamente invasiva. Formulações de microneedles de ação prolongada já demonstraram permitir a liberação controlada ou sustentada de fármacos, reduzir a frequência de administração e melhorar a adesão do paciente, superando algumas limitações associadas aos tratamentos tópicos ou sistêmicos convencionais18,19. Além disso, estratégias recentes de regeneração capilar assistidas por microneedles, incluindo a entrega de células-tronco, reforçam ainda mais a aplicabilidade mais ampla das plataformas de microneedles nesta área20. Contudo, antes da translação clínica, ainda são necessários estudos adicionais para avaliar a biossegurança de longo prazo, perfis farmacocinéticos/farmacodinâmicos, otimização de dose, estabilidade durante o armazenamento e produção em larga escala.
Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.
Este trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82273554), pelo Projeto de Desenvolvimento Científico e Tecnológico em Saúde da Província de Shandong (nº 202304030716), pelo Programa Nacional de Treinamento em Inovação e Empreendedorismo para Estudantes Universitários da China (nº 202410439001) e pelo Projeto de Desenvolvimento de Inovação Científica e Tecnológica de Tai’an (nº 2023NS232).
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 3BDO | Yuanye Bio-Technology Co., Xangai, China | 890405-51-3 | Preparação da formulação CS/HA carregada com 3BDO |
| Placa de 6 poços | Corning Incorporated, EUA | REF 3516 | ensaio antibacteriano e ensaio de liberação de fármaco in vitro |
| Etanol 75% | Shandong Lircon Medical Technology Co., Ltd. | 1202050004 | Desinfecção |
| Placa de 96 poços | Corning Incorporated, EUA | REF3599 | avaliações de citotoxicidade celular e ensaio antibacteriano |
| Camundongos C57BL/6 | Charles River Laboratories | 7 semanas | experimentos com animais |
| Kit de Contagem Celular-8 (CCK-8) | Dojindo, Japão | CK04 | avaliações de citotoxicidade |
| Centrífuga | Thermo Fisher Scientific | 75007204 | centrífuga para formulação |
| Quitosana (CS) | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | 9012-76-4 | Preparação da formulação CS/HA |
| Creme depilatório | Veet | 3059944023307 | Depilação |
| Dissulfóxido de dimetila (DMSO) | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | 67-68-5 | Preparação da formulação CS/HA carregada com 3BDO |
| Balança eletrônica | Radwag | AS 220.R2 | Pesagem de pó |
| Escherichia coli (E. coli) | ATCC | / | ensaio antibacteriano |
| Ácido hialurônico (HA) em pó | Bloomage Biotechnology Co. China | 9067-32-7 | Preparação da formulação CS/HA |
| Software ImageJ | Institutos Nacionais de Saúde | / | Análise estatística |
| Agitador-incubadora | Thermo Scientific | 50163013 | incubação bacteriana |
| Vaporizador de isoflurano | Gene&I | AMS | anestesia animal |
| Meio LB | Sigma Life Science | L3022 | ensaio antibacteriano |
| Agitador magnético | Hangzhou MiuLab Instrument Co., Ltd. | SP-16 | Agitação da formulação |
| Espectrofotômetro microplaca Multiskan SkyHigh | Thermo Fisher Scientific | / | Medição de OD |
| Estufa | Shanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,Ltd | DHG-9260A | Secagem de microneedles |
| Parafilm M | Amcor | PM-996 | vedação de microneedles |
| Solução tampão fosfato (PBS) | Biosharp | BL302A | ensaio de liberação de fármaco in vitro |
| Staphylococcus aureus (S. aureus) | ATCC | / | ensaio antibacteriano |
| Analisador universal de textura TA | Shanghai Tengba Instrument Technology Co., Ltd | / | Teste de resistência mecânica |
| Câmara de vácuo | Shanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,Ltd | DZF-6050 | Secagem a vácuo |
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