中科院理化所：3D打印制备大剂量针尖载药微针制剂

来源： PuSL摩方高精密

阿司匹林是一线抗血小板聚集药物，口服生物利用度约为40-50%。口服阿司匹林需要大量和频繁地给药。阿司匹林在胃肠道和肝脏中水解，变成水杨酸。水杨酸没有抗血小板聚集的活性。因此，必须连续用药才能达到长期抗血小板聚集的目的。长期口服阿司匹林会使胃肠道粘膜损伤的风险增加。胃肠道不良反应是患者终止使用阿司匹林治疗的主要原因。

经皮给药是减少胃肠道不良反应的一种有效方法。经皮给药避免了阿司匹林在胃肠道中代谢，从而避免了阿司匹林与胃粘膜直接接触。阿司匹林微针经皮给药提供了一种更安全的定期给药方式。微针的尖端可以刺穿皮肤的角质层，将药物输送到表皮和真皮层。与传统贴片相比，微针削弱了角质层的屏障保护作用，大大增加了药物的生物利用度。

图1：微针的制备及使用过程

近期，为了降低阿司匹林引起的胃肠道粘膜损伤，中国科学院理化技术研究所高云华教授课题组研发了一种针尖负载阿司匹林微晶的聚合物微针贴片。该微针贴片是利用摩方精密的 nanoArch S130 3D打印设备加工制备模具经翻模制备而成。可生物降解的聚合物为微针提供机械强度。微针的针尖刺破皮肤的角质层，与皮下组织的接触而被溶解。微针贴片中的阿司匹林通过穿刺产生的微孔进行经皮递送。阿司匹林在微针中的水解率被控制在0.2%以下，并可以在室温下储存。与口服给药相比，微针给药的血浆药物浓度更平稳，抗血小板聚集的起效剂量更低。相关成果以“Aspirin microcrystals deposited on high‑density microneedle tips for the preparation of soluble polymer microneedles”为题发表在《Drug Delivery and Translational Research》期刊上。

药物微晶必须进入皮内才能溶解并实现经皮给药，在微针基板上的晶体难以进入体内。因此，药物微晶必须集中于针尖才能实现高效的经皮递送。通常使用的微针为四棱锥型或者圆锥形。这种结构不适用于针尖负载药物微晶。使用3D打印技术将微针以六方最密堆积的方式排列在基板上，这大大增加了微针针尖的载药量。针形采用三段式设计。微针针尖为15°，尖锐的针尖用于穿刺皮肤。微针底部为60°，宽大的底部能使阿司匹林微晶更多的集中于针尖。微针中段沿切线连接底部和针尖，这使药物微晶更容易进入针尖。每片微针的面积为1 cm2，便于患者自我给药。

图2：A：针高250 μm的微针设计图；B：针高300 μm的微针设计图；C（标尺1 mm）和D（标尺200 μm）为针高250 μm的微针体视显微镜照片；E：针高250 μm的微针荧光显微镜照片（标尺100 μm）；F（标尺=1mm）和G（标尺200 μm）为针高300 μm的微针体视显微镜照片；H：针高300 μm的微针荧光显微镜照片（标尺100 μm）

采用高压喷射研磨制备阿司匹林微晶。气流粉碎机在工作过程中保持在室温，这有效避免了阿司匹林因温度升高而水解。较小粒径的阿司匹林微晶能够顺利进入微针的针尖，也更容易悬浮在溶液中。较大粒径的晶体颗粒容易在溶液中发生沉降使微针的载药量不均匀。在1.2 MPa气流中制备得到粒径0.5-5 μm的阿司匹林微晶。粉碎前后阿司匹林的水解率没有显著性差异。正常的阿司匹林晶体为不规则长方体。在负压作用下，悬浮在溶液中的阿司匹林微晶集中于微针的针尖。负载阿司匹林微晶的微针具有良好的针形和均一性。在偏光显微镜下，阿司匹林晶体具有彩色的折射光（图3F）。微针基质材料为高分子材料，不具有晶体的折射光。针尖负载药物显著提高了微针的经皮给药效率。负载阿司匹林的微针提供了一种新的降低阿司匹林的胃肠道不良反应的方法，也为需要长期服用阿司匹林的患者提供了一种新的选择。

图3：A：阿司匹林微晶的粒径分布曲线。B：破碎前后阿司匹林微晶的水解率。C：阿司匹林晶体的荧光显微镜照片（标尺=500 μm）。D：阿司匹林微晶的荧光显微镜照片（标尺=5 μm）。E：微针的荧光显微镜照片（标尺=100 μm）。F：阿司匹林微晶的偏光显微镜照片（标尺=5μm）。G：微针的偏光显微镜照片（标尺=100 μm）。

原文链接：
https://doi.org/10.1007/s13346-023-01343-6