综述：微型化实践：用于生物医学和药物研究的高分辨率、低成本分析平台

　　本文推荐一篇聚焦微型化技术的创新研究，作者团队利用3D打印（SLA）技术开发了高标准化、低成本的伊维菌素（IVM）微针给药系统，通过体外/离体实验验证了其增强皮肤渗透性和药物释放（85%）的能力，为玫瑰痤疮等皮肤病治疗提供了新方案。

　　

微型化实践：高分辨率、低成本分析平台在生物医学和药物研究中的应用

摘要

玫瑰痤疮是一种慢性炎症性疾病，主要影响面部中部区域（脸颊、下巴、鼻子和额头）和眼睛。伊维菌素（Ivermectin, IVM）是一种广谱抗寄生虫半合成分子，其水溶性低且皮肤渗透能力差。本研究旨在开发高标准化、低成本的微针制剂，以实现药物在皮肤中的轻松渗透，从而增强药物渗透性。研究使用与3D打印主模具匹配的聚二甲基硅氧烷（PDMS）模具制备了含有伊维菌素、不同分子量聚维酮（Polyvinylpyrrolidone, PVP）和PEG 400的微针制剂。通过测定单针垂直硬度值（N）评估微针的机械强度。在体外药物释放研究中，于37°C下在含1% Tween 80的pH 7.4缓冲环境中考察了伊维菌素的释放情况。利用荧光和扫描电子显微镜，通过体外和离体渗透研究评估了微针的皮肤渗透特性。由于更适宜的特性和离体性能，含有3克PVP K90和1克PVP K30的F3配方被选中用于未来研究。结果表明，获得了高度标准化的微针，适用于伊维菌素治疗玫瑰痤疮等多种皮肤疾病。

引言

伊维菌素（IVM）是人类和兽医领域中最知名且最常用的抗寄生虫药物之一。IVM对人类健康产生了惊人影响，从其偶然在日本高尔夫球场的发现到获得诺贝尔奖便可窥见一斑。IVM是一种大环内酯类药物，衍生自阿维菌素，其16元环由80%的22,23-二氢阿维菌素-B1a和20%的22,23-二氢阿维菌素-B1b组成。自最初用于治疗盘尾丝虫病（又称河盲症）以来，IVM已成为治疗多种寄生虫病的首选方案。其治疗范围包括盘尾丝虫病、类圆线虫病、罗阿丝虫病、蛔虫病、丝虫病、皮肤幼虫移行症、颚口线虫病、鞭虫病以及由疥螨、蠕形螨和虱病引起的节肢动物侵染。自1996年以来，其抗癌活性已在多篇文献中探讨，并且正在进行研究以阐明药物重定位的途径；然而，有人认为还需要进一步的临床研究。2020年发表的一篇文章还揭示了其对SARS-CoV-2病毒的抑制作用。此外，还制备了伊维菌素脂质体，并观察到脂质体制剂对SARS-CoV-2具有较低的IC50值，即与游离伊维菌素相比具有更优的抗病毒活性。

玫瑰痤疮是一种长期的炎症性疾病，会导致面部潮红、非 transient性红斑、丘疹或脓疱、毛细血管扩张和肥大性改变。玫瑰痤疮患者常出现灼烧感、刺痛或瘙痒等次要症状。其病因和诱因尚未完全明了。玫瑰痤疮主要影响女性，通常在30至50岁之间首次出现。据报道，其患病率在不同人群中从低于1%到22%不等。玫瑰痤疮的局部治疗药物包括甲硝唑、壬二酸、磺胺醋酸钠、红霉素、羟甲唑啉、钙调神经磷酸酶抑制剂（如吡美莫司和他克莫司）、扑灭司林、克罗米通和IVM。局部抗寄生虫药物（如IVM 1%乳膏）的有效性可能源于其对抗蠕形螨的能力。IVM的抗炎作用通过减少中性粒细胞吞噬作用和趋化性、抑制炎症细胞因子（如IL-1b和TNF-α）以及上调抗炎细胞因子IL-10来实现。

2002年，美国国家玫瑰痤疮学会（NRS）将玫瑰痤疮分为4种亚型：红斑毛细血管扩张型、丘疹脓疱型、肥大型和眼型；但2017年全球玫瑰痤疮共识（ROSCO）专家组推荐对玫瑰痤疮患者表现出的体征和症状采用表型为基础的治疗。微针已有效用于红斑毛细血管扩张型玫瑰痤疮。Luo等人观察到，通过微针输送的贻贝粘附蛋白（MAP）对于治疗红斑毛细血管扩张型玫瑰痤疮有效且安全。Hasan等人比较了点阵微针射频与全身性异维A酸和单独微针治疗玫瑰痤疮的效果，并报告称，在其他疗法存在禁忌症的情况下（如患者对长期口服疗法耐药，以及患者（包括孕妇）选择不口服或外用药物），可以使用该疗法。据称，白细胞介素17（IL-17）在玫瑰痤疮的发病机制中起积极作用。相应地，IVM通过对毛囊蠕形螨发挥抗寄生虫作用，并通过抑制NF-κβ通路（该通路进而减少IL-1β和TNF-α的产生）来发挥其抗炎特性。这两种细胞因子均由IL-17诱导。

微针是微米级结构，可无痛地刺入皮肤，在表皮或真皮中给药或接种疫苗。对于药物和疫苗的递送，微针装置可能优于传统的皮下注射针头。微针是微创的，其尺寸设计旨在避免刺激神经并引起患者不适。微针旨在刺穿表皮层，在皮肤中创建微通道而不会引起疼痛、出血或感染。这些通道允许治疗剂靶向真皮层，该层血管灌注良好。微针可以通过多种常规方法制造，例如微铣削工艺（包括湿法和/或干式切割）；光刻（可与热/光聚合、湿法和干法蚀刻、无洁净室成型、基于成型的技术、激光图案化、注射成型、拉伸光刻以及具有弹性毛细管驱动自组装机制的光刻相结合）。其中许多方法存在一些局限性，例如劳动密集型、需要额外手动步骤和成本高。因此，微针的生产需要更易获得和更经济的技术。

三维（3D）打印是一种增材制造工艺，很可能成为医疗保健领域的关键颠覆性技术，允许逐层制造几乎任何形状和尺寸的独特物体。美国食品药品监督管理局（FDA）于2015年批准了首款3D打印药物Spritam（左乙拉西坦）用于口服治疗癫痫。这一批准推动了3D打印用于药物递送的研究迅速扩展，并出现了许多商用3D打印机。3D打印固有的多功能性、简单性、高重现性和微尺度精度鼓励了对其在透皮微针系统制造适用性的积极研究。

过去，已开发出各种负载IVM的药物递送系统用于治疗玫瑰痤疮。2024年，Anjani等人首次研究了微针（近年来最令人兴奋的技术之一）在玫瑰痤疮中的应用，他们开发了含有伊维菌素的溶解微阵列贴剂，与市售乳膏相比，实现了皮肤中16倍的积累。作为增材制造的一个例子（最近最流行的药物生产方法之一），Briones等人使用3D打印方法——熔融固化打印工艺（MESO-PP）生产了负载伊维菌素的片剂，并阐明了片剂尺寸与溶解动力学之间的关系。

本手稿主要涉及使用基于立体光刻（SLA）的3D打印微针模具获得的含伊维菌素的皮肤微针。在我们的研究中，我们旨在开发高标准化、低成本的微针制剂。据我们所知，这是首次使用SLA 3D打印技术制备的模具生产负载IVM的微针的研究。

材料

IVM由Zoeticals LLC（土耳其）捐赠。聚维酮（PVP）K90由巴斯夫（德国）提供。PVP K30和聚乙二醇（PEG）400购自默克（德国）。配方开发步骤中使用的甲醇为工业级。所有其他化学品均为分析级，研究中使用的溶剂为HPLC级。

预制剂研究

使用差示扫描量热仪（Shimadzu DSC-60，日本）评估IVM和辅料的相容性和热性质。根据以往研究，IVM的熔点约为155°C，并在160°C左右出现吸热峰，这与我们的结果一致。如图3所示，在160°C获得了一个吸热峰。据报道，PVP K90和PVP K30由于失水，分别在90°C和60°C左右出现吸热峰。确定固体混合物样品中IVM和PVP的吸热峰没有显著变化。因此，没有发现可能的相互作用。

结论

在本研究中，开发了用于皮肤给药的高度标准化的含IVM微针。对所获得的微针制剂进行了表征，考虑了其机械、渗透和释放特性。就针尖尺寸而言，最合适的配方确定为F3和F4（针尖分别为87±13 μm和73±10 μm），但F4的耐久性不足（N=1.47±0.25 N/针）。在pH 7.4的磷酸盐缓冲液（含1% Tween 80）中，6小时内获得了约85%的IVM释放率。根据离体皮肤渗透研究结果，选择F3配方用于未来研究，因为其具有更均匀的分布和更高的荧光强度。因此，成功获得了高度标准化的微针，适用于伊维菌素治疗玫瑰痤疮等皮肤疾病。

资助

本研究由加齐大学科学研究项目协调单位资助，项目编号TSG-2022-7934。

作者贡献声明

Ozge Sariarslan： 概念化，研究，方法论，形式分析，撰写初稿

Emre Tuncel： 概念化，研究，方法论，形式分析，撰写初稿

Sibel Ilbasmis-Tamer： 概念化，方法论，监督，撰写初稿

Figen Tirnaksiz： 概念化，方法论，撰写审阅编辑

Fusun Acarturk： 概念化，方法论，撰写审阅编辑

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本报告所载的工作。

致谢

作者感谢Zoeticals LLC（土耳其）提供IVM。本研究由加齐大学科学研究项目协调单位资助，项目编号TSG-2022-7934。