Patches dissolventes de microneedle array fabricados por técnica de fundição com solvente e caracterização essencial de dispositivos biomédicos baseados em microagulhas

Nossa pesquisa foca principalmente na otimização da administração de medicamentos para a pele usando nano e microsistemas, como dispositivos baseados em microagulhas. Este estudo oferece um método viável e reprodutível para preparar microagulhas dissolventes. Para começar, prepare a dispersão coloidal aquosa dos materiais constituintes dos DMAPs, dissolvendo-os na quantidade apropriada de água.

Mexa vigorosamente a mistura para obter uma dispersão uniforme. Deixe os polímeros agitarem minimamente durante a noite para alcançar a dispersão completa, e deixe as bolhas de ar se dispersarem durante esse período prolongado de agitação. Se as bolhas de ar persistirem, centrifuge a dispersão polimérica a 1000 G por cinco minutos a 25 graus Celsius.

Adicione a carga na concentração desejada na dispersão polimérica e mexa moderadamente a mistura até que fique homogênea sem incorporar novas bolhas de ar. Agora, para acomodar os moldes nos poços, use argila para modelar ou cimento dentário e descarte os moldes PDMS na placa de 12 poços. Em seguida, fundi 20 microlitros da mistura polimérica carregada de fármacos nos moldes PDMS.

Coloque a placa na centrífuga e gire a 3000 G por cinco minutos a 25 graus Celsius. Agora, gire a placa 180 graus e repita a centrifugação para garantir o preenchimento de todas as cavidades em forma de agulha. Depois, usando uma pipeta, remova cuidadosamente o excesso de dispersão polimérica carregada de fármacos dos moldes.

Seque a dispersão polimérica carregada de fármacos nos moldes, colocando-os sob vácuo a 600 milibares por 30 minutos a 25 graus Celsius. Prepare uma dispersão polimérica altamente concentrada, livre de fármacos, para formar a placa base do dispositivo do DMAP. Certifique-se de que a dispersão seja homogênea antes do uso.

Em seguida, funda 50 microlitros da dispersão polimérica livre de medicamentos nos moldes de PDMS. Coloque a placa na centrífuga e gire duas vezes, incluindo uma rotação da placa no ponto médio de 180 graus. Após a centrifugação, adicione 100 microlitros de dispersão a cada molde, seguidos por mais 50 microlitros na base após 12 horas.

Deixe os DMAPs nos moldes de PDMS para secar por três a cinco dias em temperatura ambiente em um dessicador de vedação a seco. Desmolhe cuidadosamente os DMAPs dos moldes de PDMS usando pinças. Alternativamente, descasque os DMAPs dos moldes usando fita adesiva de celulose uísque.

Para o método de pressão positiva, fundi 150 microlitros da mistura polimérica carregada de fármacos nos moldes de PDMS e coloque-os em um tanque de pressão. Encha o tanque de pressão com ar até que ele atinja uma pressão entre três e quatro bar. Mantenha essa pressão por pelo menos 15 minutos.

Visualize os DMAPs usando uma microcâmera com ampliação apropriada para distinguir as projeções em forma de agulha. Ajuste o foco para resolver claramente microagulhas individuais. Em seguida, conecte os DMAPs a um dispositivo de suporte para visualizar a morfologia e o comprimento das projeções semelhantes a microagulhas por microscopia óptica.

Avalie as propriedades mecânicas dos DMAPs colocando o dispositivo em um aplicador de DMAPs comercialmente disponível. Comprima o aplicador contra uma superfície plana de aço inoxidável por 30 segundos. Após a compressão, registre o comprimento das projeções em forma de microagulha e calcule a porcentagem de deformação comparando o comprimento antes e depois da compressão.

Em seguida, determina a capacidade preliminar de inserção dos DMAPs usando um método substituto de pele artificial baseado em folhas termoplásticas feitas de material do tipo olefina. Comprima o dispositivo DMAPs contra oito folhas ligadas usando as mesmas condições de compressão aplicadas à superfície de aço inoxidável. Agora, determine a capacidade de inserção ex vivo dos DMAPs usando explantes de pele humana, porcina ou roedora que tenham sido previamente removidos e cuidadosamente podados.

Limpe o explante da pele deixando-o de molho em abundante água por um a dois minutos. Coloque o explant de pele limpa sobre um material de espuma enrolado em papel alumínio, com o lado do stratum corneum voltado para cima. Prossiga com a inserção usando as mesmas condições de compressão descritas anteriormente.

Deixe os DMAPs inseridos na pele até que ocorra a dissolução das pontas da microagulha e observe o dispositivo permanecendo em contato com a pele durante a dissolução. Determine a deposição e absorção da pele ex vivo usando um sistema de células de Franz-Diffusion. Prepare o explante da pele usando o procedimento de corte e limpeza descrito anteriormente e insira os DMAPs na estrutura da pele por 30 segundos.

Cole a câmara doadora da célula de Franz-Difusão à pele usando a quantidade adequada de cianoacrilato. Deixe o adesivo secar completamente e, em seguida, anexe o complexo da câmara doadora de pele à câmara receptora usando grampos apropriados. Por fim, prossiga com a amostragem de acordo com o protocolo padrão de célula de difusão.

Os DMAPs fabricados apresentavam uma aparência homogênea com formação bem-sucedida de projeções semelhantes a microagulhas, e o corante era localizado dentro das projeções, com a placa base permanecendo livre de medicamentos. A microscopia óptica revelou que projeções semelhantes a microagulhas tinham pontas afiadas e nenhuma deformação antes da compressão. Após a compressão, projeções semelhantes a microagulhas mostraram deformação visível da estrutura.

Em um modelo de pele artificial, os DMAPs penetraram com sucesso a folha termoplástica, criando buracos visíveis. O número de furos criados em diferentes camadas do modelo termoplástico correlacionava-se com a profundidade de inserção da microagulha. Explantações de pele murina ex vivo mostraram tingimento progressivo das camadas internas da pele após a inserção, consistente com a dissolução do DMAP ao longo do tempo.

Exame histológico com coloração por hematoxilina por eosina confirmou a inserção de projeções semelhantes a microagulhas em seções da pele. Uma configuração de células de Franz-Diffusion foi usada para avaliar a difusão de fármacos através de explantes cutâneos, com visualização clara da câmara doadora, da pele e da câmara receptora. Esse protocolo fornece uma diretriz fundamental para fabricar dispositivos de microagulhas dissolventes, permitindo que pesquisadores explorem seu potencial, design, desempenho e aplicação biomédica.

Um desafio chave é garantir a compatibilidade da carga com a matriz polimérica. Certas cargas podem interferir nas propriedades do material ou comprometer o desempenho das microagulhas. Estudos futuros podem adaptar esse protocolo a medicamentos e polímeros específicos, otimizando a preparação de microagulhas e expandindo aplicações em usos terapêuticos e biomédicos.