Растворяющиеся микроигольные пластыри, изготовленные методом литья растворителями, и важная характеристика микроигольных биомедицинских устройств

Наши исследования в основном сосредоточены на оптимизации доставки лекарств для кожи с использованием нано- и микросистем, таких как устройства на основе микроигл. В данном исследовании представлен реализуемый и воспроизводимый метод подготовки растворяющихся микроигл. Для начала подготовьте водную коллоидную дисперсию составляющих веществ DMAPs, растворяя их в соответствующем объёме воды.

Энергично перемешайте смесь, чтобы получить равномерное распределение. Дайте полимерам минимально перемешивать в течение ночи для полного рассеяния и дайте пузырькам воздуха рассеяться в течение этого длительного периода перемешивания. Если пузырьки воздуха сохраняются, центрифугуйте полимерную дисперсию при 1000 G в течение пяти минут при 25 градусах Цельсия.

Добавьте груз в нужной концентрации в полимерную дисперсию и умеренно перемешайте смесь, пока она не станет однородной, не добавляя новых воздушных пузырьков. Теперь, чтобы разместить формы в скважинах, используйте моделировочную глину или зубной цемент и убрать формы PDMS в 12-скважинную плиту. Затем отлийте 20 микролитров полимерной смеси с загруженным лекарством на формы PDMS.

Поставьте пластину в центрифугу и вращайте при 3000 G в течение пяти минут при 25 градусах Цельсия. Теперь поверните пластину на 180 градусов и повторите центрифугирование, чтобы убедиться, что все игольчатые полости заполнены. Затем, используя пипетку, аккуратно удаляйте избыточную полимерную дисперсию, насыщенную лекарством, из форм.

Высушите полимерную дисперсию с насыщенным лекарством в формах, помещая их в вакуум при 600 миллибар в течение 30 минут при 25 градусах Цельсия. Подготовьте высококонцентрированную полимерную дисперсию без лекарств, чтобы сформировать базовую пластину устройства DMAP. Убедитесь, что дисперсия однородна перед использованием.

Затем отлийте 50 микролитров полимерной дисперсии без лекарств на формы PDMS. Поместите пластину в центрифугу и сделайте двойное вращение, включая центральный поворот пластины на 180 градусов. После центрифугирования добавьте 100 микролитров дисперсии в каждую форму, а через 12 часов — ещё 50 микролитров на базовую пластину.

Оставьте DMAP в формах PDMS сохнуть на три-пять дней при комнатной температуре в сухом уплотнительном сушителе. Аккуратно демоляйте DMAP из форм PDMS с помощью щипцов. В качестве альтернативы снять DMAP с форм с помощью скотч-целлюлозной ленты.

Для метода положительного давления отлийте 150 микролитров полимерной смеси, загруженной лекарством, на формы PDMS и поместите их в резервуар с давлением. Наполните бак давлением воздухом, пока давление не достигнет от трёх до четырёх бар. Поддерживайте это давление не менее 15 минут.

Визуализируйте DMAP с помощью микрокамеры с соответствующим увеличением, чтобы различать игольчатые проекции. Отрегулируйте фокус, чтобы чётко различать отдельные микроиглы. Далее прикрепите DMAP к вспомогательному устройству, чтобы визуализировать морфологию и длину микроигольчатых проекций с помощью оптической микроскопии.

Оцените механические свойства DMAPs, поместив устройство в коммерчески доступный апликатор DMAPs. Прижмите аппликатор к плоской поверхности из нержавеющей стали на 30 секунд. После сжатия запишите длину микроигольных выступов и рассчитывайте процент деформаций, сравнивая длину до и после сжатия.

Затем определите предварительную способность вводить DMAP с помощью суррогатного метода искусственной кожи на основе термопластиковых листов из олефинового типа. Сжать устройство DMAP к восьми переплетённым листам, используя те же условия сжатия, что и поверхность из нержавеющей стали. Теперь определите способность экс-виво вставлять DMAP с помощью эксплантов из кожи человека, свиной или грызуна, которые были предварительно вырезаны и аккуратно обрезаны.

Очистите кожу с эксплантом, замочив её в обильной воде на одну-две минуты. Положите чистую кожу на материал, обёрнутый в алюминиевую фольгу, так, чтобы сторона роговицы была обращена вверх. Приступайте к введению с использованием тех же условий сжатия, что были описаны ранее.

Оставьте DMAP вставленными в кожу до растворения кончиков микроиглы и наблюдайте, что устройство остаётся в контакте с кожей во время растворения. Определите экс-виво осаждение и всасывание кожи с помощью схемы диффузионных клеток Франца. Подготовьте эксплант для кожи, используя описанную ранее процедуру обрезки и очистки, и введите DMAP в структуру кожи на 30 секунд.

Приклейте донорскую камеру диффузионной клетки Франца к коже с использованием соответствующего количества цианоакрилата. Дайте клею полностью высохнуть, затем прикрепите комплекс донорской камеры кожи к приемной камере с помощью соответствующих зажимов. Наконец, проводите отбор проб согласно стандартному протоколу диффузионных клеток.

Изготовленные DMAP имели однородный вид с успешным образованием микроигольчатых проекций, а цветной краситель локализировался внутри проекций, при этом базовая пластина оставалась свободной от лекарств. Оптическая микроскопия показала, что микроигольчатые проекции имеют острые кончики и не деформацию до сжатия. После сжатия микроигольчатые проекции демонстрировали видимую деформацию структуры.

В модели искусственной кожи DMAP успешно проникли сквозь термопластиковый лист, создавая видимые отверстия. Количество отверстий, созданных в разных слоях термопластической модели, коррелировало с глубиной введения микроиголки. Экспланты мышиной кожи экс-виво демонстрировали прогрессирующее окрашивание внутренних слоёв кожи после установки, что соответствует растворению DMAP со временем.

Гистологическое исследование с окрашиванием гематоксилином эозином подтвердило введение микроигольчатых выступов в кожные срезы. Для оценки диффузии лекарств через кожные экспланты использовалась установка диффузионных клеток Франца с чёткой визуализацией донорской камеры, кожи и рецепторной камеры. Этот протокол предоставляет базовые рекомендации по изготовлению растворяющихся микроигольных устройств, позволяя исследователям изучать их проектирование, производительность и потенциал биомедицинского применения.

Ключевой задачей является обеспечение совместимости груза с полимерной матрицей. Определённые грузы могут нарушать свойства материала или ухудшать работу микроиглы. Будущие исследования могут адаптировать этот протокол к конкретным препаратам и полимерам, оптимизируя приготовление микроигл и расширяя применение в терапевтических и биомедицинских областях.