초록
조직내 국소 약물은 피부, 점막 또는 내장 질환의 치료에 중요합니다. 그러나 체액의 접착을 보장하면서 적절하고 제어 가능한 약물 전달을 제공하기 위한 관통 표면 장벽은 여전히 어려운 과제입니다. 여기에서 파란 고리 문어의 약탈적인 행동은 국소 약물을 개선하기 위한 전략에 영감을 주었습니다. 효과적인 조직 내 약물 전달을 위해 푸른 고리 문어의 치아와 독액 분비물에서 영감을 받아 능동형 주사 미세바늘을 준비하였다. 온도에 민감한 소수성 및 수축 변화에 따른 온디맨드 방출 기능을 통해 이러한 미세 바늘은 초기 단계에서 적절한 약물 전달을 제공한 다음 장기 방출 단계를 달성할 수 있습니다. 그 동안에, 바이오닉 흡입 컵은 젖었을 때 미세 바늘이 제자리에 단단히 고정되도록(>10 킬로파스칼) 개발되었습니다. 습식 결합 능력과 다중 전달 방식으로 이 마이크로니들 패치는 궤양의 치유 속도를 가속화하거나 종양의 조기 진행을 멈추는 등 만족스러운 효능을 달성했습니다.
소개
조직내 국소 약물은 신속한 작용, 높은 약물 생체이용률 및 최소 침습성의 장점을 가지고 있으며, 종양 성장 억제, 장기 질환 감소 또는 외상 치유 가속화에 빠르고 효과적인 치료를 제공합니다( 1 – 3 ) . 그러나 이 약물 전달 방법의 철저한 개발을 위해서는 해결해야 할 많은 문제가 남아 있습니다. 예를 들어, 구강 또는 복강에 적용할 때 체액 또는 삼출물에 의해 젖은 연조직 표면에 대한 약물 전달체는 건조하고 단단한 표면에 있는 약물 전달체에 비해 접착이 어려워 약물 손실 가능성이 증가합니다( 4 ) . 한편, 약물을 점액으로 전달하거나 삼출물이 표적 부위에 진입하는 데 장애가 되는 것에도 어려움이 있습니다( 2 , 5). 또한 항염증, 항협심증, 항종양 등 많은 상황에서 약물을 투여할 때 약물 방출의 농도 조절이 필요하므로 빠른 발병 및 장기간 유지 요법을 달성할 수 있다( 6 – 8 ) . 이제 일부 전달 플랫폼이 천공 능력( 1 , 5 , 9 ) 또는 다른 표면 투여 습식 접착 플랫폼이 조직 표면에 결합할 수 있는 능력(1, 5, 9 )으로 조직으로 제어된 약물 방출을 달성하기 위해 개발되었지만 ( 2 , 10 ), 소수의 포뮬라가 조직내 국소 약물에 대한 모든 임상적 요구를 충족할 수 있는 우수한 특성을 나타낼 수 있습니다.
절묘한 외모와 치명적인 독성으로 유명한 푸른 고리 문어는 습한 환경에서 먹이를 단단히 잡고 입으로 가져가 먹이의 껍질을 깨물고 독을 뿜어 죽입니다( 11 ) . 여기에서 파란색 고리 문어의 포식 행동에서 영감을 받아 약물 전달 능력을 제어할 수 있는 습식 결합 마이크로니들 패치인 실크 피브로인-플루로닉 F127(Silk-Fp)-폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAm)가 개발 되었습니다 . 조직 표면 접착 및 효과적인 국소 약물을 달성합니다( 그림 1A ). 구체적으로, 플루로닉 F127(F127) 기반 하이드로겔 흡입 컵은 습식 접착 기능을 제공하기 위해 Silk-Fp로 제조됩니다( 그림 1B).). 흡입 컵의 내벽은 탄닌산(TA)으로 변형되어 생체 적합성 화학 결합을 제공합니다( 12 ). 또한, 유연한 컵형 구조는 기압차( 13 , 14) 로 인해 물리적 접착을 달성할 수 있을 뿐만 아니라) 액체 환경으로부터 내부 화학 결합 계면을 보호할 수도 있습니다. 따라서 Silk-Fp 패치는 물리적/화학적 접합 능력에 따라 젖은 조직에 저항하고 며칠 동안 안정적으로 유지될 수 있습니다. 게다가, Silk-Fp 패치에 실크 피브로인(SF)과 PNIPAm을 포함하는 제어 가능한 약물 방출 하이드로겔 마이크로니들(MN)은 효과적인 조직 내 약물 전달을 달성하도록 설계되었습니다. ( 15 , 16), 이러한 복합 하이드로겔 마이크로니들(Silk-Fp MNs)은 구강 궤양 또는 초기 표재성 종양을 치료하기 위해 적용됩니다. Silk-Fp MN은 조직 표면의 점액층 또는 부드러운 장벽을 관통할 수 있으며, 그런 다음 두 가지 투여 모드인 급속 발병 및 장기 유지 치료를 차례로 활성화할 수 있습니다(그림 1C ). 간단히 말해서, Silk-Fp MN은 높은 종횡비 구조와 신뢰할 수 있는 강도로 인해 생체 내에서 궤양이나 종양에 구멍을 뚫는 것으로 관찰됩니다( 17 , 18 ). 표적 조직에 들어간 후 수축하는 Silk-Fp MN 은 상전이 온도 이상 으로 가열될 때 PNIPAm이 친수성 상태에서 소수성 상태로 변환되기 때문에 약물 용액의 일부를 주입할 수 있습니다 .). 따라서 Silk-Fp MN은 치료 초기 단계에서 충분한 약물 농도(<2시간)를 제공할 수 있습니다. 그런 다음 다음 2일 동안 Silk-Fp MN은 하이드로겔 상태로 치료 효과를 유지하기 위해 나머지 약물을 점진적으로 전달할 것입니다( 그림 1C ). 따라서 생체 공학적 Silk-Fp 패치는 안정적인 습식 접착력과 제어 가능한 조직 내 약물 전달 기능을 가지고 있어 DEX 방출을 통해 구강 궤양의 치유 속도를 높이거나 5-FU를 탑재했을 때 종양 성장을 거의 완전히 정체시킬 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
그림 1 . 푸른 고리 문어에서 영감을 받은 약물 전달 패치.
( A ) 히드로겔 마이크로니들(MN) 흡인컵 약물 전달 플랫폼은 파란 고리 문어의 포식 과정을 모방하여 개발되었습니다. 이 재료는 젖은 조직 표면 접착 및 자체 제어 다단계 약물 방출을 달성합니다. ( B ) 하이드로겔 흡인 컵의 조직 접착은 부압 고정 및 페놀 수산기 그룹과 조직 단백질 사이의 공유/수소 결합에서 비롯됩니다. ( C ) 패치의 약물 적재 MN은 실크 피브로인, F127 및 PNIPAm 복합 하이드로겔로 구성됩니다. 이 MN은 조직에 침투한 후 체온을 감지하고 2시간 이내에 신속한 약물 전달을 제공한 다음 지속적인 약물 방출을 실행하여 수일 내에 치료 효과를 유지함으로써 주입 동작을 지능적으로 활성화할 수 있습니다.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh2213
Blue-ringed octopus-inspired microneedle patch for robust tissue surface adhesion and active injection drug delivery
SCIENCE ADVANCES
21 Jun 2023
Vol 9, Issue 25
DOI: 10.1126/sciadv.adh2213