皮肤是一种很有吸引力的药物输送途径，因为它可以让药物直接到达需要它们的部位，这可能有助于伤口愈合、止痛或其他医疗和美容应用。然而，通过皮肤输送药物很困难，因为坚韧的皮肤外层会阻止大多数小分子通过它。

为了更容易通过皮肤输送药物，麻省理工学院的研究人员开发了一种可穿戴贴片，可将无痛超声波作用于皮肤，形成药物可以通过的微小通道。研究人员说，这种方法可以用于提供针对各种皮肤状况的治疗，也可以用于提供激素、肌肉松弛剂和其他药物。

“该系统提供的易用性和高可重复性为患有皮肤病和皮肤过早老化的患者和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兼资深作者 Canan Dagdeviren 说。的研究。“以这种方式输送药物可以提供更少的全身毒性，并且更加局部、舒适和可控。”

麻省理工学院研究助理 Chia-Chen Yu 和 Aastha Shah 是该论文的主要作者，该论文发表在AdvancedMaterials上，是该期刊“新星”系列的一部分，该系列展示了研究人员在其独立职业生涯早期阶段的杰出工作.麻省理工学院的其他作者包括研究助理 Colin Marcus 和博士后 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。

声波的推动

研究人员开始这个项目是为了探索替代药物输送方式。大多数药物通过口服或静脉内给药，但皮肤是一种可以为某些应用提供更有针对性药物给药的途径。

“皮肤的主要好处是你绕过了整个胃肠道。通过口服给药，你必须提供更大的剂量才能弥补你在胃系统中的损失，”Shah 说。“这是一种更有针对性、更有针对性的给药方式。”

超声暴露已被证明可以增强皮肤对小分子药物的渗透性，但大多数用于执行这种药物输送的现有技术都需要笨重的设备。麻省理工学院的团队想想出一种方法，用一种轻便、可穿戴的贴片来进行这种透皮给药，这样可以更容易地用于各种应用。

他们设计的设备由一个嵌有多个圆盘形压电换能器的贴片组成，可以将电流转换为机械能。每个圆盘都嵌在一个聚合物空腔中，该空腔包含溶解在液体溶液中的药物分子。当电流施加到压电元件时，它们会在流体中产生压力波，从而产生在皮肤上破裂的气泡。这些破裂的气泡产生微射流，可以穿透皮肤坚硬的外层角质层。

“这为使用振动增强药物输送打开了大门。有几个参数会导致产生不同类型的波形模式。这种新工具集可以改善药物输送的机械和生物学方面，”Karami 说。

该贴片由 PDMS 制成，这是一种硅基聚合物，无需胶带即可粘附在皮肤上。在这项研究中，研究人员通过提供一种称为烟酰胺的 B 族维生素来测试该设备，烟酰胺是许多防晒霜和保湿霜中的一种成分。

在使用猪皮进行的测试中，研究人员表明，当他们使用超声波贴片输送烟酰胺时，穿透皮肤的药物量是没有超声波辅助时可以通过皮肤的药物量的 26 倍。

研究人员还将他们的新设备的结果与微针进行了比较，微针是一种有时用于透皮给药的技术，涉及用微型针刺穿皮肤。研究人员发现，他们的贴片能够在 30 分钟内输送与微针在 6 小时内输送的相同量的烟酰胺。

使用当前版本的设备，药物可以渗入皮肤几毫米，这使得这种方法可能对在皮肤内局部作用的药物有用。这些可能包括烟酰胺或维生素 C，用于治疗皮肤上的老年斑或其他黑斑，或用于治疗烧伤的外用药物。

通过进一步修改以增加穿透深度，该技术还可用于需要到达血液的药物，例如咖啡因、芬太尼或利多卡因。Dagdeviren 还设想这种贴片可用于输送孕激素等激素。此外，研究人员现在正在探索在体内植入类似装置以输送治疗癌症或其他疾病的药物的可能性。

研究人员还致力于进一步优化可穿戴贴片，希望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他们在这项研究中所做的实验室实验。

“在我们描述了更大药物的药物渗透特征之后，我们将看到可以使用该技术提供哪些候选药物，如激素或胰岛素，为目前必须自行注射的人提供无痛替代方案每天，”Shah 说。