设备辅助的透皮给药外文翻译资料

 2022-12-28 15:35:30

设备辅助的透皮给药

Hyunjae Leea,1 , Changyeong Song a,b,1 , Seungmin Baik a,b,1 , Dokyoon Kim a ,Taeghwan Hyeona,b, ⁎ , Dae-Hyeong Kim a,b, ⁎

a Center for Nanoparticle Research, Institute for Basic Science (IBS), Seoul 08826, Republic of Korea

b School of Chemical and Biological Engineering, Institute of Chemical Processes, Seoul National University, Seoul 08826, Republic of Korea

摘要：透皮给药是一种前瞻性的给药策略，可以弥补常规给药系统（包括口服和注射方法）的局限性。该递送途径允许方便且无痛的药物递送以及具有减少的副作用的持续释放曲线。然而，皮肤中的生理屏障破坏了常规贴剂的递送效率，从而使候选药物限于小分子和亲脂性药物。近来，透皮药物递送技术已经从仅依靠自然扩散的复杂方法发展而来动态响应外部刺激的药物释放系统。此外，使用微针已克服了皮肤中的物理障碍，并且最终使可穿戴生物传感器实现了受控递送。在这篇综述中，我们基于世代对高级药物输送策略的发展进行了分类，并提供了全面的概述。最后，强调了通过基于生理线索实时分析的定制药物输送系统在高级诊断和治疗方面的最新进展。

关键词：透皮给药，微针，可穿戴式生物传感器，控制药物输送，软生物电子学

1.介绍

对患者友好疗法的不断增长的需求导致了透皮药物递送的发展，与常规药物递送方法相比，透皮药物递送具有若干优点。例如，透皮递送能够持续且受控地释放药物，并以其无创性和无痛性促进患者的依从性和便利性[1]。特别是，经皮途径是针头注射或口服药物的良好替代方法。透皮递送通常需要比口服施用更低的药物剂量。经皮透皮模式具有较短的血管扩散途径，可帮助患者规避药物在胃肠道内消化代谢引起的副作用。透皮递送是无痛且无创的，相对于静脉内或肌肉内给药，该优点是显着的。无创性允许在身体的相同区域重复给药以进行长期治疗，从而为患者提供依从性和便利性。

但是，透皮给药不是完美的药物传输方法。角质层是皮肤抵御异物的最外层屏障，对药物的透皮扩散构成了障碍[2] 。由于只有少数具有高亲脂性的小分子药物可以自然地渗透通过疏水性角质层，因此已经排除了绝大多数亲水性药物不能经皮输送。即使在药物成功穿透角质层后，它也可能被表皮酶过早降解，导致生物利用度降低。作用开始的延迟以及缺乏药代动力学控制也可能破坏透皮递送的可靠性。

为了克服这些局限性，人们为更好地透皮递送做出了努力，并且这种创新已经出现了好几代，即专注于药物配方，外部驱动和微创微针。第一代透皮给药专注于精制药物制剂，以最大程度地通过乳剂，纳米载体证明其在皮肤中的扩散。和化学增强剂。第二代已经寻求外力，例如热和电，以大力地使药物穿过表皮层并到达脉管系统。第三代并入了微针，该微针刺穿了皮肤的外层但保留了真皮，为药物提供了绕过表皮屏障的物理捷径。前几代人的突破极大地提高了透皮给药的效率。

尽管到目前为止，透皮给药的改进集中在最大程度地提高给药效率上，但是通过采用向个体化治疗的范式转变，透皮给药仍然没有看到另一项突破[3-5]。此外，透皮递送被设置为采用设备辅助的个性化疗法的一种先进的范例，其中响应于所述患者的生理状况的量和药物剂量的持续时间的精确控制是关键最大化的治疗功效（图1一和b）。针对每个患者的需求量身定制的药物的受控和按需给药需要大量创新。可穿戴设备可能是一种可行且有用的策略，因为它们可以收集各种生理信息[6-15]，电生理学[16-21]和生化[22-27]提示，从而通过能量驱动促进药物输送。

图1.（a）用于患者定制的基于皮肤的治疗的设备辅助透皮给药的示意图。（b）穿戴式设备系统可对生命体征进行实时监控，并根据个人健康状况启动透皮给药。

在本文中，我们概述了四代透皮给药策略的重大突破，为读者提供了每一代的详细优势和挑战。根据对用于个性化治疗的药物控制释放的日益增长的兴趣，我们还强调了可穿戴设备在支持设备辅助透皮给药方面的最新进展。本文以案例展示作为结束，以演示可穿戴生物传感器和无缝集成的先进透皮给药方案。因此，我们希望为下一代个性化治疗提出一种新颖的潜在方案和基础。

2.透皮给药系统的发展

在皮肤解剖层和附体结构中(图.2a)，表皮及其最外层角质层是透皮传递最具挑战性的障碍[28,29]。角质形成细胞和细胞间脂质的实体组装使得表皮对于大多数异物来说都是不可渗透的。因此，粗略观察透皮传递可以将其视为系统传递药物的违反直觉的策略。但是，详细的分析表明，与口服或皮下注射相比，透皮递送具有许多优势。与口服给药相比，透皮给药需要更低的剂量并且副作用更少，因为透皮扩散会阻止活性药物在胃肠道和肝脏中的消化和首过代谢[30]。而且，透皮递送对于患者而言不那么痛苦，微创并且方便，因此药物给药的依从性大大提高。由于这种优势弥补了透皮给药的弊端，因此研究继续开发可靠的给药系统，并拓宽了适用候选药物的库。人们已经广泛研究了增加药物渗透皮肤的透皮贴剂的新颖设计，并且随着透皮给药系统的不断发展，已经看到了重大突破

图2.（a）人体皮肤的示意图。（b）通过药物自然扩散的第一代透皮药物递送技术。（c）第二代经皮药物输送技术，用于通过外部刺激进行药物输送。（d）第三代透皮给药技术，可通过微针介导的皮肤层破坏和微针的各种功能来增强药物的转运。（e）借助可穿戴设备，用于患者定制治疗的第四代透皮给药技术。

第一代透皮给药系统的研究集中于调整化学药物的物理化学性质。选择或修改用于透皮递送的药物，以具有高的分配系数和低的分子量，以易于通过皮肤屏障扩散（图2b）。第二代研究的重点是通过外部驱动力使用化学增强剂和刺激剂改善药物的皮肤渗透性（图2c）。化学增强剂[31-32]和乳液/纳米载体[33-36]，使药物增溶并促进其易于渗透到皮肤中。使用热量[37]，电[38]或非空化超声[39]进行外部驱动也有助于药物运输。第三代研究采用了导致表皮微观破坏以促进药物输送的方法。射频消融[40]，超声[41]和激光[42]，[43]暂时破坏角质层并增强药物渗透通过削弱的障碍。微针是具有多种多样的候选药物的微创透皮递送的另一种方法[44-47]。微针在表皮上形成微米级的孔，这些孔是进入药物的通畅路径（图2d）。由于微针的大小不影响真皮层和皮下层，因此微针实际上被认为是无痛且微创的。

尽管前几代在透皮给药方面的突破集中在最大程度地提高药物输送效率上，但个性化药物的最新发展要求新一代的药物输送系统旨在控制和反馈诱导的药物经皮释放。由传感器和执行器组成的可穿戴设备有望满足此类需求[48-50]。的确，新颖的材料设计和设备制造刺激了生物医学应用可穿戴设备的创新，为个性化医疗保健提供了新的机会[51]。通过精确监控疾病治疗的关键指标和所输送药物的潜在副作用，可以快速确定适当量的待输送药物。外部能量可以刺激和控制最先进的透皮递送系统。装置辅助的透皮递送，软生物电子学和透皮药物递送系统的集合，同时控制药物的释放并监测药物对生理状态的改变（图2e）。诊断的周期，促动的药物释放和后续诊断构成了一个反馈回路，为患者提供了精确且个性化的医疗服务。

2.1.第一代：基于扩散的透皮给药

透皮药物递送是一种有吸引力的药物递送选择，因为它具有多个优点。首先，真皮层为药物提供了比胃肠道更短的血流途径[1]。特别是，透皮捷径还可以提高生物利用度并减少剂量，因为该药物避免了肝脏中广泛的首过代谢和降解。其次，由于药物贴剂无痛，无创且易于使用，因此患者通常遵循经皮给药。持久的贴剂可提供长达数天的

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