浙江大学

近年来,随着生物技术的发展,愈来愈多的生物医药应用于临床,如重组DNA、单克隆抗体、多肽、蛋白质、碳水化合物、寡核苷酸等,这些生物医药具有分子量大、高亲水性、半衰期短、稳定性较差、口服易受肝脏首过效应和胃肠道各种酶降解等特点,存在给药方式上的困难,受到临床应用的限制。另一方面,慢性病给药具有准确定时、长期坚持等特点,而我国慢性病给药的依从性不足20%,大大降低了药物治疗效果。还有儿童接种疫苗看见针头的恐惧等等。因此,研发新的给药途径对促进生物制药的应用、慢性病的防治、儿童计划免疫等具有重要意义。 经皮给药是除口服、注射的另一种给药方式,由于皮肤角质层的屏蔽作用,外源药物在自然状态下很难进入皮肤,因此,依靠化学或物理的手段可以促进药物的经皮渗透。目前,化学促渗法主要有化学促渗剂、药物载体、脂质体等等,物理促渗法主要有离子导入、超声导入、电穿孔、光压波、微针、热穿孔、磁导入、射频微通道、驻极体等等。 电穿孔是1993年由哈佛-MIT卫生技术研究院的J. Weaver首先发明的一种采用大约2000-3000V的高电压脉冲使皮肤产生瞬时的亲水性孔道,促进药物经皮渗透的新方法,他发现在高压电脉冲下可以使分子量623Da的钙黄绿素经皮渗透率比被动扩散提高4个数量级,给大分子生物药给药途径带来新希望。为此,在当年的国际药物释放控制大会上,Weaver获得了大会优秀成果奖。1996年,我们开始在国家自然科学基金的资助下开展经皮给药电穿孔技术的研究,之后又先后获得过国家自然科学基金三次资助,在基础理论、作用效果、安全保障等方面做了一系列研究。我们的研究结果如下： (1)效应学研究：我们研究了盐酸丁卡因、萘普生、甲硝唑、美托洛尔等小分子化学药在离体扩散池的经皮渗透特性。电脉冲参数在电压400V、脉率1ppm,脉宽 5.5ms,脉冲数100个,电容量100?uF以内。有被动扩散和离子导入的比较。总体上看,电穿孔可以提高的经皮渗透速率,与离子导入或促渗剂合用比单独使用电穿孔有明显优势,指数波电脉冲比方波电脉冲有效。 (2)形态学研究：观察被动扩散的人皮组织结构,见少量高亮荧光斑点,离子导入组有一些高亮荧光斑点,但数量较少;电穿孔组高亮荧光斑点明显增多。在蛇皮结构中,被动扩散和离子导入未见高亮荧光斑点。在电穿孔组中,见有尺度约20-30?um,边缘锐利的高亮荧光斑点。电穿孔后,家兔皮肤出现红斑,1h后消失。 (3)理论研究：包括能量原理、唯象理论、非平衡态特性、网络热力学模型等。将皮肤的药物渗透系统模拟成一个网络热力学模型,药物作为物质在该系统中的不平衡性造成扩散,用唯象理论建立以实验数据为基础的网络热力学模型。运用网络热力学模型参数分析药物经皮渗透特性,发现电脉冲能量是促进药物经皮渗透的关键因素,而不是之前所认为的脉冲电压。 (4)大分子效应研究：包括胰岛素、FD-4和FD-20s荧光素,以检验电穿孔对大分子的促渗作用。实验表明电穿孔对胰岛素的经皮渗透非常大,在有限的时间内不能区分溶质浓度。高能对FD-4和FD-20s的经皮渗透速率是增加是显著的,低能和中能不显著。 (5)建立实验装置：我们的所有实验室在自制的经皮给药电穿孔系统上完成。主要技术指标：脉冲波形：指数衰减型;脉冲电压：50-400 V;脉冲率：1、2、4、8、10、20、40 ppm;脉冲数：1-999 可计数;蓄能器：甚低能(2.2uF)、低能(4.7uF)、中能(22uF)、高能(47uF);抗干扰能力：电磁隔离;充电能力：双源推挽功率。 在上述五个创新点上,最重要的创新点是发现能量是促进药物经皮渗透的关键因素,为开发低电压脉冲药物经皮给药电穿孔技术提供理论依据。其意义在于： (1)避免高电压对仪器制造带来困难,尤其是器件的高耐压不可能使仪器小型化,不能做到家庭应用。 (2)避免高电压对皮肤的副作用和对外周神经的刺激,提高安全性。 本项目中自制的“经皮给药电穿孔系统”2007年获得中国发明专利(ZL 02137570.4),2010年转让给浙江高联科技开发有限公司,取得了一定的经济效益。2011年获得中国仪器仪表学会科技创新奖。