在诸多促进药物经皮透入的方法中,物理能量介导的经皮靶位透药技术是近年来最热门和发展最快的方法。近来研究较多的方法有:激光微孔技术、电致孔技术、超声空化技术。特别是几种物理方法之间及物理方法及其它促透方法之间作用的叠加与协同深受业内人士的关注。

1、 作用机制

1.1 电致孔(Eelectroporation EP  这一方法是在病变皮肤组织两边施加可控的高压电脉冲。使

皮肤和组织发生有限的“电击穿”。在高压脉冲电流的作用下,皮肤和组织的膜结构的脂质颗粒重新排列,由无序变为有序,进而产生潜在的可逆性的水性生物孔道。多年以来这一技术普遍用于离体活细胞间遗传物质的传递和转染。之后开始研究用于透皮给药人工通道的建立。研究表明EP使药物的透皮速率大大增加,并明显延长药物透皮过程滞留的时间,更重要的是促进了药物分子由细胞外向细胞内的转运[1]。早在1998年,郝劲松、郑俊民、陈小平、梁文权[2][3][4]等就在国内主要杂志上发表综述文章全面介绍了电致孔技术发展研究的情况,详细阐述了电致孔的作用机制、影响因素和在经皮给药中的应用研究情况。近来许多研究进一步证明细胞膜脂质双层结构改变是水性微孔形成的机制。影响电致孔效果的主要因素有:致孔电压、脉冲波型、脉冲数和占空比。一些在实验室标准条件下得出的参数结论并不完全符合临床应用复杂多变的情况。如:皮肤阻抗在预处理前后和治疗过程中会发生明显改变,因此,适当的、相对恒定的电流强度更有意义。

1.2 超声波( ultrasonic)  过去的几十年中,超声波主要用于诊断和肌肉、关节、软组织损伤的物理治疗。近年来国外对超声波药物透皮促进作用进行了深入的研究。研究表明200余种药物可以通过超声波作用实现透皮。其作用的机制是,超声波的空化作用,声波微流的对流转运作用和辐射压作用。通过这些作用可使皮肤、组织膜形成或\和扩大已形成孔道,使其的通透性增加。同时可使药物粒子获得定向运动的动能,使药物分子和粒子沿着声波传播方向运动。经研究,影响超声波透皮给药的因素有超声频率、声强、作用时间、耦合剂等。超声波透皮给药法是一种安全有效的给药法,可部分替代传统的注射给药,特别是对生物大分子药物,可以实现给药的最优化[5]

1.3  激光微孔技术(LMH)   以可控制激光照射人体,在一定深度和范围内通过激光能量改变机体组织的分子排列结构,在组织中形成密集的孔道,使其发生组织学的改变而非解剖学的改变,这一技术近年来被用于药物经皮渗透,被称为激光浸泽或激光注射(Laser impregnation or  laser injection),在相关研究中建立了药物浸泽技术参数的数学模型。如激光照射的能量密度、照射周期和照射频率,证实药物可以很高的速率浸透生物膜的脂质双层结构[6]

1.4  离子导入(iontophoresis)   离子导入是一种古老的技术,早在一百年前就被用来人体皮外给药。中药的离子导入是我国医务工作者的首创,并在许多浅表疾病的治疗中发挥了作用。近20年来这一古老技术又热门了起来,它在许多方面进行了大的革新,克服了离子屏障的问题和正负离子极性选择的问题,微电子技术的发展,使电流强度皮肤阻抗变化反馈调节得以实现,防止了组织损伤,使作用更加合理、可靠、安全。通过大量的基础研究阐明了现代离子导入的作用机理,并建立了药物动力学的数学模型,为系统研究不同药物作用创造了条件。通过大量实验找出了影响离子导入的主要因素,包括离子强度和极性,电流和电压、PH、皮肤的预处理等。现代离子导入已经在许多重要药物的透皮给药方面发挥了重要作用。但由于离子导入的透皮通道通常是毛孔、汗腺和皮脂腺,所以它单独应用的透皮量不大,严重影响了透皮作用的发挥。

1.5综合叠加协同技术   许多的促进药物渗透的手段各自从不同的角度发挥作用。将这些手段有机的组合,程序化的应用是近几年这一领域研究的重点。电致孔、超声波和离子导入这三个步骤的有机的结合,可以起到相互协同和叠加的作用,使药物的透入量大大增加,可提高几十倍,甚至上百倍。

2、物理方法结合叠加协同技术的基本原理和研究进展

2.1基本原理:


 

通过水化剂、角质层剥离剂的应用对皮肤进行预处理,以增加角质层和皮肤的通透性;通过电致孔的瞬时高压电脉冲和超声波的空化作用,打破组织膜和细胞膜的脂质结构排列顺序,使无序结构变成有序结构,使其形成暂时性可逆的潜在生物孔道,人为造成药物通透的直接通路,使药物分子得以顺利透过;通过超声波的热转化和离子导入的电泳作用,提高了药物粒子的活化能,增加了电趋向性,使药物粒子充分活化,以利于粒子的转运;通过超声波的辐射压和对流转运作用使药物分子或粒子进入组织和细胞内,在病变组织中浓集和浸润,达到靶位治疗的目的。几方面结合应用,从不同的作用角度促进了药物向组织内的有效转运,可使渗透率增加几十倍甚至上百倍。通过调整致孔强度、作用范围、超声驱动的强度,可实现定向、定量、定速度的程序化靶位透药。

2.2 研究进展   近来大部分学者通过研究认为多种促渗技术的联合应用是最有前途和吸引力的。美国奥尔本大学药学院Chang PhD将电致孔和离子导入结合,成功将甲状腺素、降钙素和甲状旁腺素透过人体皮肤,二种方法的结合比单独应用促透效果大大增加[7],Wallace等[8]在一项志愿者人体实验中对电致孔、超声、离子导入透入利多卡因进行局部麻醉,通过单独应用和联合应用的比较,对麻醉开始时间,作用周期,作用浓度等方面进行评价。人体试验证实,几种方法均有明显的麻醉效果,但以联合组为最好,特别是有电致孔的组合,局麻作用的深度最大。

Matsubara等[9]应用电致孔联合疗法,在动物模型试验中,将P53抗肿瘤基因透入人食管癌活体组织中,使肿瘤细胞得到很好的控制。认为将抗肿瘤基因和其它抗肿瘤药物用电致孔等方法联合导入是一种具有战略意义的治疗实体瘤的疗法。Barry等[10]在欧州医药科学杂志撰文回顾总结了近年来促进透皮药物,透皮释放的各类方法,包括前体药物选择,离子对、共溶系统、脂质体、传递体,角质层水化剥离,促渗剂,超声、离子导入、电致孔,磁、激光等。认为最令人振奋的是化学促进剂、超声空化技术和电致孔的协同作用。

2.3    最新的实验研究表明,在超声药物经皮透入的作用中,除超声导致的直接皮肤改变以外,强力的对流转运作用是最重要的。实验支持了多孔道理论,认为超声通过两种机制改变皮肤渗透通道:(1)扩大了孔经;(2)增加了孔的数量和促使孔道顺畅,低频超声(LFS 20KHz)可使人皮肤和组织产生R=2813A的有效孔经的孔道[5]

3、作用特点

3.1  可产生药物在组织中的有效浓集和浸润,提高了药物对靶组织的作用,离体和在体实验均表明药物不但在靶组织中得到浓集,并且这种有效浓集可达到24h,而进入血液中的药物浓度很低并被迅速的排泄[1]

3.2  促进药物分子由细胞外向细胞内的转运,使一些细胞内作用的药物疗效大大提高,如抗肿瘤药物、部分抗生素等。使基因药物的表达率明显提高。

3.3  除常规小分子化学药物外,物理协同方法适合于大分子生物制剂,中药有效成分的透皮组织浸润。

3.4 近年来研究较多的是大分子的生物制剂、基因药物:如P53、白细胞介素12(IL12)等、激素类、甲状腺素、肝素等;免疫药物:如干扰类及各种生物因子:如血管内皮生长抑制因子、骨生长因子、神经生长因子、神经髓鞘修复因子、成纤维细胞生长因子等;酶类:如蛇毒酶类;中药有效成份的透皮给药主要由是日本和中国的学者进行了研究;其它包括:黄硐类、甙类,醇类,酚类,脂类等:如丹参,红花,大黄等各类成份的透皮实验研究。

4. 应用进展

目前应用研究最集中的是各种方法作用于基因药物、免疫药物、抗肿瘤化学药物及放射性药物对肿瘤的治疗,大量的实验(包括动物实验和人体实验)及临床应用取得了可喜的成果。Mir[11]撰文 回顾了电致孔在生物工程和药物学研究中将无透膜能力的成份导入离体活细胞中的成果。同时重点介绍了可将药物或DNA导入活体组织细胞内的方法,展示了临床治疗的应用,特别是抗肿瘤药物细胞内渗透和活体DNA基因治疗的结合已成为最令人振奋的领域。指出活体组织细胞内渗透方法将成为高效的无病毒介导的基因治疗技术。Tomigawa[12]在美国肿瘤杂志撰文介绍低功率超声可强力促进抗肿瘤基因的药物敏感性。通过实验认为超声作为一种物理治疗增进化学药物治疗的敏感性,通过进一步的研究将达到超声介导的基因传递作用。Cuschieric[13]在《腹腔镜外科研究》中撰文,认为在众多肝肿瘤治疗手段的临床选择中,新的治疗手段如超声电导导入基因药物治疗成为主要的手段之一。Yamashita等[14],用电致孔方法透入白细胞介素12基因治疗肝细胞肿瘤模型,成功解决了无病毒介导基因活体施药表达水平太低,致使对这类活体试验受到限制的问题。

用硼中子夺获(BSH)对乳腺癌透入同位素放射治疗,存在一个细胞内BSH有效浓集的问题,是影响疗效的重要原因,斯洛文尼亚Cemagar用电致孔方法进行的在体实验对乳腺癌和黑色素瘤进行治疗,实现了瘤体细胞内有效10B浓集[15]

Allegretti[16]用电渗透协同疗法(EPT)治疗头颈部包括颈动脉侵害的肿瘤,对病变部位进行博来霉素电致孔渗透治疗,治疗14例病人6例肿块完全消失,6例部分消退。2例无反应,消退率达到85.7%,在未进行手术治疗、放疗、化疗的情况下,生存率均在2年以上,无明显的副作用,认为EPT是一种操作简便适合门诊治疗的新技术。

意大利的Montorsi-F[17]用一种新的药物释放系统(电透仪EMDA)联合用药治疗纤维性海绵体炎40例,联合药物为:奥古蛋白,地塞米松,利多卡因,每次20分钟,每周3次,每疗程3周,结果在局部疼痛,损伤(小结硬块)、变形,强硬度等方面均得到明显改善,认为电导透药是一种最新的技术可以安全达到局部药物治疗目的。并不增加病人的心理负担,也避免了手术的风险。

在国内应用方面,由北京诺亚同舟医疗技术有限公司独家开发的超声电导仪,主要针对生物药物和中药的特点,参照美国产品经技术改造成为既可适用于化学药物和生物药物、又适合中药制剂的产品。并且按照国际通行的基本标准,研制出适用中西药物给药的水化凝胶药物贮库贴片,具有控释、导电、超声耦合等多种性能,基本满足了多种物理透皮方法协同作用的需要。通过程序化控制多种影响因素,在给药时间、深度、范围方面初步达到自动调控。临床应用两年多来,在肿瘤、骨科疾病、风湿病、儿科疾病、感染性疾病、妇科、外科等数十种疾病的临床治疗中显示出独特的治疗效果,受到国内200余家各级医院临床医师和患者的好评。近年来发表临床应用论文10余篇,50余个课题被各地省市列为攻关计划项目,部分已获科技成果奖。

5、展望

透皮靶位透药技术是一类新兴的技术,二十世纪已成为医药界最热门的学科分支,2003年国际学术刊物发表相关论文5100余篇。美国FDA2000年今后十年发展最快的医疗新技术展望报告,已将此类技术放在重要位置,一些学者和官员在《健康报》和《中国医药报》撰文向医疗界推荐和介绍此技术。临床应用方面已得到越来越广泛的采用。随着科学技术水平的提高和新材料,新方法的采用,其在医疗方面的地位会逐步得到确立。激光微孔技术的临床应用将给靶位透药带来巨大的变化。抗凝药物溶栓治疗,经颅脑内给药已取得突破性进展,越来越多令人振奋的成果不断的涌现。不久将出现替代或部分替代传统给药方法的局面,二十一世纪在药物治疗方面,将是透皮给药称雄的世纪。

参考文献

[1] Zhu,-H; Quantification of pore induction in human epidermal membrane during iontophoresis: the importance of background electrolyte selection. J-Pharm-Sci. 2001 Jul; 90(7): 932-42

[2] 郝劲松 郑俊民,电致孔法透皮给药的研究。中国药学杂志。1998 33(3):129

[3] 陈小平,电致孔法促进药物的透皮吸收,国外医学药学分册.1999 26(4):222

[4] 高建青 梁文权,促进药物经皮渗透的新方法-----电穿孔技术,国外医学药学分册. 1997 23(17): 42

[5] Tang,-H; Theoretical description of transdermal transport of hydrophilic permeants: application to low-frequency sonophoresis. J-Pharm-Sci. 2001 May; 90(5): 545-68

[6] Zharov,-v-p; Laser non-contact drug delivery methods: mathematical and experimental substantiation. Crit-Rev-Biomed-Eng. 2001 29(1): 142-56

[7] Chang-SL; The effect of electroporation on iontophoretic transdermal delivery of calcium regulating hormones. J-Control-Release. 2000 May 15; 66(2-3): 127-33

[8] Wallace,-M-S; Topical delivery of lidocaine in healthy volunteers by electroporation, electroincorporation, or iontophoresis: an evaluation of skin anesthesia. Reg-Anesth-Pain-Med. 2001 May-Jun; 26(3): 229-38

[9] Matsubara,-H; Combinatory anti-tumor effects of electroporation-mediated chemotherapy and wild-type p53 gene transfer to human esophageal cancer cells. Int-J-Oncol. 2001 Apr; 18(4): 825-9

[10] Barry,-B-W; Novel mechanisms and devices to enable successful transdermal drug delivery. Eur-J-Pharm-Sci. 2001 Sep; 14(2): 101-14

[11] Mir,-L-M; Therapeutic perspectives of in vivo cell electropermeabilization. Bioelectrochemistry. 2001 Jan; 53(1): 1-10

[12] Tomizawa,-M; Irradiation with ultrasound of low output intensity increased chemosensitivity of subcutaneous solid tumors to an anti-cancer agent. Cancer-Lett. 2001 Nov 8; 173(1) 31-5

[13] Cuschieri,-A; In situ ablation of hepatic tumors. Semin-Laparosc-Surg. 2001 May; 8(1): 25-41

[14] Yamashita,-Y-I; Electroporation-mediated interleukin-12 gene therapy for hepatocellular carcinoma in the mice model. Cancer-Res. 2001 Feb 1; 61(3):1005-12

[15] Cemazarm,el; Changed delivery of boron to tumours using electroporation for boron neuture therapy with BSH. Br-T-Kadiol. 2000 Feb; 73(866): 195-200

[16] Allegretti,-J-P; Electroporation therapy for head and neck cancer including carotid artery involement. Laryngoscope, 2001 Jan; 111(1):52-6

[17] Montorsi-F; Transdermal electromotive multi-drug administration for Peyronie,s disease: preliminary results. J-Androl. 2000 Jan-Fed;21(1): 85-90

无创精确治疗技术

本网站由阿里云提供云计算及安全服务