麻省理工学院的研究人员开发出一种可穿戴贴片，它向皮肤施加无痛的超声波，以形成供药物穿过的通道。
研究人员表示，这种方法可用于递送多种皮肤疾病的治疗药物，并可改造用于递送激素、肌肉松弛剂及其他药物。
大多数药物通过口服或静脉注射给药，但对于某些应用而言，皮肤是一条可以提供更具针对性药物递送的途径。
皮肤是一条颇具吸引力的药物递送途径，因为它能使药物直接到达需要的部位，这对伤口愈合、疼痛缓解或其他医疗及美容应用可能很有帮助。然而，通过皮肤递送药物十分困难，因为皮肤坚韧的外层会阻止大多数小分子通过。
为了使药物更容易通过皮肤递送，麻省理工学院的研究人员开发出一种可穿戴贴片，它向皮肤施加无痛的超声波，形成药物可以穿过的微小通道。研究人员表示，这种方法可用于多种皮肤疾病的治疗药物递送，也可改造用于递送激素、肌肉松弛剂及其他药物。
“该系统易于使用且具有很高的可重复性，为患有皮肤疾病和皮肤过早老化的患者及消费者提供了一种改变游戏规则的替代方案，”麻省理工学院媒体实验室副教授、该研究的资深作者Canan Dagdeviren表示。“以这种方式递送药物可以减少全身毒性，且更具局部性、舒适性和可控性。”
麻省理工学院研究助理Chia-Chen Yu和Aastha Shah是该论文的第一作者，该论文发表于Advanced Materials，并入选该期刊的“Rising Stars”系列。该系列展示了处于独立职业生涯早期阶段的研究人员的杰出工作。麻省理工学院的其他作者包括研究助理Colin Marcus和博士后研究员Md Osman Goni Nayeem。布法罗大学的Nikta Amiri、Amit Kumar Bhayadia和Amin Karami也是该论文的作者。
声波助力
研究人员最初开展这一项目，是为了探索替代性的药物递送方式。大多数药物通过口服或静脉注射给药，但对于某些应用而言，皮肤是一条可以提供更具针对性药物递送的途径。
“皮肤给药的主要优势在于可以绕过整个胃肠道。口服给药时，为了弥补胃部系统中的损失，必须递送大得多的剂量，”Shah表示。“这是一种更具针对性、更加集中的药物递送方式。”
已有研究表明，超声暴露可以增强皮肤对小分子药物的渗透性，但现有的大多数此类药物递送技术都需要笨重的设备。麻省理工学院团队希望设计出一种轻便的可穿戴贴片来实现这种经皮药物递送，从而使其更便于在各种应用中使用。
他们设计的装置由一个嵌入多个圆盘状压电换能器的贴片组成，这些换能器可以将电流转化为机械能。每个圆盘都嵌入在一个聚合物腔体中，腔体内含溶解于液体溶液中的药物分子。当对压电元件施加电流时，它们会在流体中产生压力波，形成在皮肤上破裂的气泡。这些破裂的气泡会产生微射流，可穿透皮肤坚韧的外层，即角质层。
“这为利用振动增强药物递送打开了大门。有多个参数可以产生不同类型的波形模式。借助这一新工具集，药物递送的机械和生物学两方面都可以得到改善，”Karami表示。
贴片由PDMS制成，这是一种硅基聚合物，无需胶带即可贴附于皮肤。在本研究中，研究人员通过递送一种名为烟酰胺的B族维生素来测试该装置，烟酰胺是许多防晒霜和保湿霜的成分。
在猪皮测试中，研究人员发现，使用超声贴片递送烟酰胺时，透过皮肤的药物量是在无超声辅助情况下能够穿透皮肤的药物量的26倍。
研究人员还将其新装置的结果与微针技术进行了比较。微针是一种有时用于经皮药物递送的技术，即通过微型针头刺穿皮肤。研究人员发现，他们的贴片在30分钟内递送的烟酰胺量，与微针在六小时内能够递送的量相同。
局部递送
就目前版本的装置而言，药物可穿透皮肤数毫米，这使得该方法可能适用于在皮肤内局部发挥作用的药物。这些药物可能包括用于治疗老年斑或其他皮肤暗沉斑点的烟酰胺或维生素C，或用于治疗烧伤的外用药物。
若进一步改进以增加穿透深度，该技术还可用于需要进入血液循环的药物，例如咖啡因、芬太尼或利多卡因。Dagdeviren还设想，这种贴片可用于递送孕酮等激素。此外，研究人员目前正在探索将类似装置植入体内，以递送治疗癌症或其他疾病的药物的可能性。
研究人员还在进一步优化可穿戴贴片，希望能尽快在人类志愿者身上进行测试。他们还计划用更大的药物分子重复本研究中所做的实验室实验。
“在我们表征更大药物的渗透特征之后，便可以考察哪些候选药物（如激素或胰岛素）能够通过这项技术递送，从而为那些目前不得不每天自行注射的人群提供无痛的替代方案，”Shah表示。
该研究由美国国家科学基金会、3M非长聘教职奖、Sagol Weizmann-MIT Bridge Program、德州仪器公司、麻省理工学院媒体实验室联盟以及K. Lisa Yang Bionics Center研究生奖学金资助。
