專利名稱：含刀片的電傳送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將分子(如活性物質(zhì)或組織液)穿過屏障膜(如皮膚或粘膜)送遞的方法及裝置。
背景技術(shù)：
多年來已廣泛處方經(jīng)皮和局部劑型用于治療全身疾病和局部疾病(如那些涉及皮膚和其下組織(underlying tissue)的疾病)。這些藥物通常是“易于送遞的”，因?yàn)樗鼈円子诟咝Т┩钙つw或粘膜。藥物穿透皮膚或粘膜的滲透是穿過皮膚或粘膜的化學(xué)勢梯度的結(jié)果。“易于送遞的”藥物例子包括硝酸甘油、東莨菪堿、尼古丁、氫化可的松、倍他米松、苯佐卡因和利多卡因。
然而，大部分藥物和生物活性成分不能滿足上述要求，因此被稱為“難以送遞的”藥物。“難以送遞的”藥物包括胰島素、加壓素、紅細(xì)胞生成素、干擾素、生長激素和釋放因子。通?！半y以送遞的”藥物具高親水性和/或高分子量，如多肽、蛋白質(zhì)和DNA。
為了增加這些藥物的皮膚滲透性，已用了各種化學(xué)和物理的增強(qiáng)滲透的方法。通?？捎没瘜W(xué)滲透增強(qiáng)劑來增加藥物的經(jīng)皮送遞。Buyuktimkin等人的“提高經(jīng)皮藥物滲透的化學(xué)方法”，Transdermal and Topical Drug Delivery Systems,Interpharm Press,Inc.,1997，第357-475頁報(bào)道了對化學(xué)滲透增強(qiáng)劑全面文獻(xiàn)的綜述。然而這種方法通常僅對相對較低分子量(約低于1000道爾頓)的藥物有效。
也可用電來促進(jìn)藥物透過皮膚屏障送遞，通過透過皮膚的電位梯度促進(jìn)藥物的送遞。有三種用電促使藥物透過皮膚屏障送遞的類型，稱為電離子透入治療、電滲和電造孔法。在經(jīng)皮電離子透入治療中，通過給予的電位梯度將離子化的藥物送遞入皮膚。在電滲中，由流體攜帶非離子或低離子的藥物，該流體由施加的電位梯度驅(qū)動(dòng)穿過皮膚。電造孔法是通過高電壓低電流的極短脈沖在皮膚屏障上進(jìn)行微型穿孔。這些方法可見Ying Sun，“用物理方法加熱、超聲波和電提高皮膚的吸收”，Transdermal and Topical Drug Delivery System,Interpharm Press,Inc.,1997第327-355頁。
因此依舊需要一種非破壞性或破壞性最小化的經(jīng)皮裝置來送遞活性物質(zhì)，尤其是大分子量的藥物，如多肽和蛋白質(zhì)。由于大分子量藥物的高成本，因此需要一種高度有效的、破壞性最小化的經(jīng)皮藥物送遞裝置，這種裝置不會(huì)分解藥物或使藥物失活。另外，要求經(jīng)皮送遞裝置可以在一段長時(shí)間內(nèi)連續(xù)或周期地將活性物質(zhì)透過皮膚或粘膜，而不刺激皮膚和粘膜。
發(fā)明概述一方面，本發(fā)明涉及將化合物透過哺乳動(dòng)物的屏障膜(如人的皮膚或粘膜)送遞的裝置。所述的化合物可以是用于治療目的的活性物質(zhì)(如藥物)或用于診斷目的的生物樣品(如哺乳動(dòng)物組織液中的化合物)。該裝置包括帶有接觸膜的表面的容器、裝化合物的儲(chǔ)器和電極。接觸膜的表面含有多個(gè)外露的刀片，刀片旁有槽。每個(gè)刀片的寬度和/或厚度從接觸膜的表面漸漸減小(如寬度沿接觸膜的表面到刀片的頂端或尖端遞減)。儲(chǔ)器與槽和電極相連。
在一實(shí)例中，當(dāng)接觸膜的表面與屏障膜(如角質(zhì)層)接觸時(shí)，刀片破壞屏障膜，產(chǎn)生透過屏障膜的路徑。然后儲(chǔ)器中的活性物質(zhì)受電傳送(electrotrasport)(如電離子透入治療)的推動(dòng)而穿過該路徑。在一實(shí)例中，用這種裝置送遞脂質(zhì)體制劑，以使核酸有效地轉(zhuǎn)染入表皮基底層的皮膚細(xì)胞。
本發(fā)明的另一實(shí)例是一經(jīng)皮電傳送系統(tǒng)，其包括上述的裝置、對電極和電源(如電子控制單元)，該電源與裝置的電極和對電極是電連接的。為了通過電傳送(如電離子透入治療、電滲、反向電滲或電造孔法)送遞活性物質(zhì)，將裝置的接觸膜的表面和對電極與哺乳動(dòng)物的屏障膜接觸，并加電流(如從電極通過屏障膜到對電極)。例如，在電離子透入治療中，電流使得裝置儲(chǔ)器中離子化的活性物質(zhì)以及較小程度上的非離子化活性物質(zhì)(包括被脂質(zhì)體包囊化的活性物質(zhì))流過裝置的槽進(jìn)入哺乳動(dòng)物。
另一方面，本發(fā)明涉及將活性物質(zhì)透過哺乳動(dòng)物屏障膜送遞的方法，包括用間隔預(yù)定距離的多個(gè)刀片穿透屏障膜(但基本不破壞屏障膜下的真皮)，以形成穿透屏障膜的路徑，施加透過哺乳動(dòng)物的電流，使活性物質(zhì)通過這個(gè)路徑流入或流出哺乳動(dòng)物。每個(gè)刀片朝刀片的頂端漸漸變小。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在以下的附圖簡述、發(fā)明詳述和權(quán)利要求中是顯而易見的。
附圖簡述

圖1是本發(fā)明電傳送裝置一實(shí)例的模式圖。
圖2A、2B、2C、2D、2E和2F是可用于本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置的刀片造型模式圖。
圖3是放大4、10和50倍顯示用800μm高度刀片處理人尸體皮膚的組織學(xué)結(jié)果的顯微照片。
圖4是放大4、10和50倍顯示用800μm高的針處理人尸體皮膚的組織學(xué)結(jié)果的顯微照片。
圖5A是本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置另一實(shí)例的模式圖。
圖5B是本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置另一實(shí)例的模式圖。
圖5C是本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置另一實(shí)例的模式圖。
圖6是本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置另一實(shí)例的模式圖。
圖7是放大100倍顯示由三片刀片圍繞的本發(fā)明的槽的顯微照片。
圖8A、8B、8C和8D是顯示由四片刀片圍繞的本發(fā)明的槽的顯微照片。
圖9是可用于本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置的刀片的造型模式圖。
發(fā)明詳述據(jù)信，按本文所述本領(lǐng)域技術(shù)人員能使本發(fā)明得到充分的運(yùn)用。以下分析的實(shí)施例僅起說明作用，對公開的其余部分無任何限制作用。
除非特別指出，本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都是本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義。同樣，本文提到的所有出版物、專利申請、專利和其它參考文獻(xiàn)全部納入作為參考。
一方面，本發(fā)明涉及用于送遞活性物質(zhì)透過屏障膜(例如皮膚和粘膜，如皮膚的角質(zhì)層)的裝置。屏障膜包括至少一層細(xì)胞(即活或死細(xì)胞)。這種裝置有效地送遞離子化(如用電離子透入治療、電滲、電造孔法、phonophoresis，或用濃度梯度或壓力的力)和非離子化活性物質(zhì)如脂質(zhì)體包束的活性物質(zhì)或組織液中的化合物(如用電離子透入治療、電滲、電造孔法、phonophoresis，或用濃度梯度或壓力的力)通過屏障膜而僅有極小刺激或無刺激。而且這種裝置比已有的電離子透入治療裝置送遞活性物質(zhì)的速度更快，而且不使活性物質(zhì)失活或變性。
可用本裝置送遞的活性物質(zhì)包括(但不限制于)任何能對人體起生物效應(yīng)的材料，如治療性藥物包括(但不限制于)有機(jī)化合物、藥物物質(zhì)、營養(yǎng)素和高分子化合物如多肽、蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)(包括DNA和反義物質(zhì))。多肽和蛋白類活性物質(zhì)的例子包括(但不限制于)促甲狀腺釋放激素(TRH)、加壓素、促性腺激素釋放激素(GnRH或LHRH)、促黑素細(xì)胞激素刺激激素(MSH)、降鈣素、生長激素釋放因子(GRF)、胰島素、促紅細(xì)胞生成素(EPO)、α-干擾素、β-干擾素、催產(chǎn)素、卡托普利、緩激肽、心鈉素、縮膽囊素、內(nèi)啡肽、神經(jīng)生長因子、黑素細(xì)胞抑制劑-I、胃泌素拮抗劑、生長抑素(somatotatin)、腦磷脂、環(huán)孢素和其衍生物。適合的營養(yǎng)素包括(但不限制于)維生素、氨基酸及它們的衍生物和礦物質(zhì)。這些營養(yǎng)素的例子包括維生素B復(fù)合物、硫胺、煙酸、生物素、泛酸、膽堿核黃素、維生素B6、維生素B12、吡哆醛、肌醇(insositol)、肉毒堿、抗壞血酸、抗壞血酸棕櫚酸酯、維生素A及其衍生物(維生素A醇、維生素A酯、維生素A醛)、維生素K、維生素E、維生素D、半胱氨酸和N-乙酰半胱氨酸、中藥提取物和上述的衍生物。同樣，其它可用本裝置送遞的陽離子和陰離子活性物質(zhì)，如M.Roberts，等人，“作為電離子透入治療送遞決定因素的溶質(zhì)結(jié)構(gòu)”，Mechanisms of Transdermal DrugDelivery,R.O.Potts和R.H.Guy編輯，Marcel Dekker，第291-349頁，1997所述的那些。
如圖1所示，裝置100包括帶有接觸膜的表面104的容器102。容器102可由硅酮橡膠、合成橡膠、天然橡膠、如聚(異戊二烯)、聚(丁二烯-共-苯乙烯)、聚(異丁烯-共-異戊二烯)和聚(氯丁二烯)構(gòu)成；以及其它通常用于醫(yī)用裝置的聚合材料構(gòu)成。容器102可以是任何形狀，如圓盤狀、卵形或矩形。接觸膜的表面104帶有多個(gè)外露的刀片106，這些刀片彼此間隔預(yù)定的間距形成槽108。通常槽108間彼此的間隔約為100mm-10mm。接觸膜的表面104可以是任何形狀，例如圓盤狀、卵形或矩形。在一實(shí)例中，接觸膜的表面104的面積約為2-50cm2(如約為10-20cm2，如12cm2)。
接觸膜的表面104和刀片106可由硬質(zhì)金屬材料制成，如不銹鋼包括(但不限制于)手術(shù)用不銹鋼和高碳鋼、其它合金和純金屬。硬質(zhì)金屬材料可以具有不導(dǎo)電的外層。在一實(shí)例中，這種不導(dǎo)電外層包住了接觸膜的表面104上的所有金屬，從而金屬就不外露了。這種不導(dǎo)電外層可由Telfon、聚偏二氟乙烯、尼龍、聚砜、聚醚砜、聚酯、聚乙烯和聚丙烯構(gòu)成。
另外，接觸膜的表面104和刀片106也可由硬質(zhì)非金屬材料構(gòu)成，如聚合物，包括(但不限制于)共聚物和聚合物混合體、陶瓷、晶態(tài)材料和玻璃材料。刀片106可由不導(dǎo)電高強(qiáng)度材料(如聚苯乙烯、聚碳酸酯)、丙烯酸聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯)、Teflon、聚酯、聚氨酯、聚氯乙烯、玻璃纖維材料、生物可降解聚合物(如聚乳酸和聚乙醇酸共聚物)、陶瓷材料、和無機(jī)玻璃材料。
通常，刀片106的幾何形狀類似于小刀的尖端，即很薄稍微呈三角狀或弧狀。在一實(shí)例中，刀片的邊緣是尖銳的。在一實(shí)例中，每個(gè)刀片朝著刀片的頂端漸漸變細(xì)(如刀片的厚度和/或?qū)挾?。刀片的形狀可以是直的、彎曲的、鋸齒形的和/或鉤形的，例如圖2A-2F所示。在圖2A-2F中，僅顯示了刀片的一半(即顯示了刀片的一半表面或?qū)挾?“w”)的一半(“w/2”))。刀片的高度記為“h”，厚度記為“t”。在一實(shí)例中，刀片的邊緣呈彎曲狀(如圖2A和2E)和/或刀片的面為彎曲的或傾斜的，如朝相鄰的槽內(nèi)彎曲或朝其外彎曲(如圖2E和2F)。槽周圍的刀片106可以2-10個(gè)(如3-6個(gè))一組。
在一實(shí)例中，槽與其相鄰的刀片是由單片金屬(如金屬的薄片，如不銹鋼)形成的。見圖7、8A、8B、8C和8D。用鉆頭(如圓或平頭鉆子)刺穿薄片形成槽。用鉆頭刺穿薄片時(shí)，它拉伸材料直到穿透材料，產(chǎn)生一穿透薄片的槽以及錐形的刀片(如圖9中所示，刀片面的寬度“w”在刀片的底部比刀片頂端大，刀片的厚度“t”在刀片的底部也比刀片的頂端大)。槽周圍刀片的數(shù)量取決于鉆頭的造型(如四面鉆頭產(chǎn)生四個(gè)刀片)。也可取決于鉆頭的形狀以及鉆頭刺穿薄片的程度將刀片向槽彎曲(如用錐形或棱錐狀鉆頭)。例如，若基本上不推過槽，四面鉆頭可形成X-形槽(見圖8C)或方槽(見圖8D)。PCT專利No.WO98/11937中公開了這種槽和刀片的制造。
雖然人角質(zhì)層的厚度僅約有15μm，本申請發(fā)明者公開的破壞屏障膜所需的刀片高度明顯大于15μm。發(fā)明者認(rèn)為由于角質(zhì)層的柔韌性和彈性，故需要較高的刀片高度。因此，通常刀片的高度大于屏障膜的厚度(如比角質(zhì)層的厚度大，但比在壓向皮膚時(shí)穿透真皮的厚度小)。在一實(shí)例中，從刀片的底部測量，刀片106的高度范圍約為100-1500μm(如300-1,000μm或400-800μm)。在一實(shí)例中，與槽相鄰的一刀片比槽周圍的其它刀片至少大25％。在一實(shí)例中，刀片(如圖9所示)在離其底部一半高度(“1/2h”)處測定的寬度與厚度的比例，(即“w1/2h”/“t1/2h”)至少為2(如至少為5或至少為10)。
在一實(shí)例中，當(dāng)壓向屏障膜如角質(zhì)層或粘膜時(shí)，刀片僅破壞屏障膜最外層的表面，而對屏障膜下的組織不造成任何基本不利的影響。例如，當(dāng)?shù)镀糜谌似つw時(shí)，僅有角質(zhì)層和偶爾有表皮被刀片破壞，而真皮基本上未受破壞。
本發(fā)明的刀片比同樣高度的針(如Lee等人，美國專利No.5,250,023)，穿透屏障膜產(chǎn)生的口明顯較大，而且不破壞屏障膜下的組織，如活表皮和/或真皮。圖3顯示了用高度為800nn(從底部起)刀片處理的人尸體皮膚表面的四張顯微照片。當(dāng)角質(zhì)層10被破壞時(shí)，表皮20和真皮30未受破壞。
與其相反，用針產(chǎn)生的路徑通常直徑很小，而且還會(huì)被表面皮膚組織的彈性和膨脹特性進(jìn)一步減小。圖4顯示了用高度為800mm針處理的人尸體皮膚表面的三張顯微照片。如圖4所示，人真皮30被針破壞，通常導(dǎo)致疼痛、出血和其它不希望的組織對受傷的反應(yīng)。由于組織對受傷的反應(yīng)是身體的天然防御系統(tǒng)，用針輔助送遞的活性物質(zhì)(尤其是多肽和蛋白質(zhì)藥物)會(huì)經(jīng)歷被激活的酶和會(huì)聚的小噬細(xì)胞的加速生物降解。同樣，本發(fā)明的刀片比相同高度的針具有更優(yōu)越的機(jī)械強(qiáng)度，因此在皮膚組織中斷裂的可能性較低。而且刀片與相當(dāng)尺寸的針相比價(jià)廉且易于制造。
在用裝置100前，可先用滲透增強(qiáng)劑預(yù)處理皮膚，以降低角質(zhì)層的柔韌性和彈性。這些滲透增強(qiáng)劑通過從角質(zhì)層提取皮膚脂類和水分，降低角質(zhì)層的柔韌性和彈性。這種滲透增強(qiáng)劑的例子包括(但不限制于)低級醇(C2-C5)，如乙醇和異丙醇；酮如丙酮；酯，如乙酸乙酯和乙酸丁酯；烷烴，如己烷；醚類；全氟代烴；表面活性劑；及上述的混合物。角質(zhì)層在用裝置100之前也可用減弱角質(zhì)層角蛋白結(jié)構(gòu)的滲透增強(qiáng)劑處理。這種減弱角蛋白的滲透增強(qiáng)劑可局部或經(jīng)電離子透入法給予。這些滲透增強(qiáng)劑的例子包括(但不限于)巰基化合物包括(但不限制于)巰基乙酸、硫代乳酸、硫代水楊酸以及它們的鈣、銨、鎂、鈉、鋰、鉀、鍶鹽、硫代甘油、硫代乙二醇、半胱氨酸、乙酰半胱氨酸、高半胱氨酸、半胱氨酸甲酯、半胱氨酸乙酯、氨甲酰基半胱氨酸谷胱甘肽和半胱胺；硫化鈉；硫化鉀；硫化鍶；硫化鋰；脲；水楊酸；酶包括(但不限制于)胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、噬熱菌蛋白酶、木瓜酶和desquamin；和上述的混合的。
在皮膚表面平行移動(dòng)刀片106以增加角質(zhì)層上開口的大小。這種平行移動(dòng)可采取振動(dòng)或振蕩移動(dòng)形式。在一實(shí)例中，這種移動(dòng)的幅度小于或等于兩相鄰刀片的間距。移動(dòng)的角度可變，取決于特定的用途(如可從與皮膚平行到與皮膚垂直)。刀片的移動(dòng)也可以是環(huán)形或隨機(jī)的?？墒止せ蛴秒妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀片的移動(dòng)，可由壓力傳感器(探測何時(shí)壓在皮膚上的刀片壓力已達(dá)預(yù)定壓力)來控制。刀片也可由一壓電裝置(頻率為幾周/秒到幾千周/秒)控制在皮膚上平行振動(dòng)或擺動(dòng)。
在裝置100的一實(shí)例中，刀片106和任選地接觸膜的表面104可帶有涂層107。這種涂層107可含有待送遞的活性物質(zhì)和/或滲透增強(qiáng)劑。皮膚中的水分或來自儲(chǔ)器110的載體如水，會(huì)將涂層107中的活性物質(zhì)送遞到身體。因此，當(dāng)涂層107中存在活性物質(zhì)時(shí)，接觸膜的表面104和涂層107可分別用于對哺乳動(dòng)物送遞活性物質(zhì)(如該裝置可無需儲(chǔ)器和電極)。在一實(shí)例中，本發(fā)明涉及這種裝置及其使用。
涂層107還可含有佐劑以增加涂層的機(jī)械強(qiáng)度、活性物質(zhì)的溶出速率、活性物質(zhì)的穩(wěn)定性、和降低活性物質(zhì)(尤其是蛋白質(zhì)和肽)的不可逆性聚集或聚合。適合的佐劑例子包括(但不限制于)上述的滲透增強(qiáng)劑；水溶性聚合物；單-、雙-和多糖；環(huán)糊精；和抗氧化劑，如抗壞血酸、抗壞血酸酯、丁基羥基-苯甲醚、丁基羥基-甲苯、半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸、亞硫酸氫鈉、偏亞硫酸氫鈉、甲醛次硫酸鈉、丙酮合亞硫酸氫鈉、生育酚和去甲二氫愈創(chuàng)木酸。
也可將其它生物活性物質(zhì)包括到涂層107中，以得到生物效應(yīng)，如減少局部組織的刺激和/或炎癥、減少與經(jīng)皮電離子透入治療相關(guān)的皮膚感覺不適、維持藥物送遞路徑的不閉合、并維持無菌。適用于減少局部組織刺激和/或炎癥的活性物質(zhì)的例子包括(但不限制于)氧化鋅粉末、組胺二鹽酸鹽、樟腦、薄荷腦、煙酸甲酯、水楊酸甲酯、松節(jié)油和皮質(zhì)類固醇。適用于減少與經(jīng)皮電離子透入治療相關(guān)的皮膚感覺不適的活性物質(zhì)例子包括(但不限制于)局部鎮(zhèn)痛藥，如利多卡因和苯佐卡因。適用于維持藥物送遞路徑的不閉合的活性物質(zhì)的例子包括(但不限制于)肝素、低分子量肝素、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和陰離子表面活性劑。適用于提供并維持無菌的活性物質(zhì)包括(但不限制于)抗微生物劑，如碘、苯扎氯銨、芐索氯銨、三氯卡班、三氯生、桿菌肽鋅、新霉素、硫酸多粘菌素B和四環(huán)素。
涂層107中也可含有酶抑制劑，如蛋白水解酶抑制劑和蛋白酶抑制劑。這些抑制劑與活性物質(zhì)一起送遞到活皮膚組織，以防止蛋白酶對活性物質(zhì)的降解。蛋白酶抑制劑包括(但不限制于)抑肽酶、甲磺酸卡莫司他(camostat mesilate)、從大豆或其它來源衍生的胰蛋白酶抑制劑、鄰二氮雜菲、乙二胺四乙酸(EDTA)、dilucine、脫氧膽酸鈉和從鴨或火雞蛋白和其它來源衍生的卵類粘蛋白。
替代或補(bǔ)充活性物質(zhì)，涂層107可含有不導(dǎo)電聚合物涂層，如Teflon、聚偏二氟乙烯、尼龍、聚砜、聚醚砜、聚酯、聚乙烯和聚丙烯。
涂層107可含有將裝置粘附于屏障膜的粘合劑。粘合劑可是聚合的、壓敏的和不導(dǎo)電的，而且即使長期與水接觸也保持粘性。適合的粘合劑材料包括(但不限制于)聚硅酮、聚異丁烯及其衍生物、丙烯酸酯類、天然橡膠和上述的組合。合適的粘合劑包括硅酮粘合劑和丙烯酸類粘合劑。合適的硅酮粘合劑的例子包括(但不限制于)Dow Corning355(可從Dow Corning of Midland,MI購得)、DowCorningX7-2920、Dow CorningX7-2960、GE 6574(可從General Electric Companyof Waterford,NY購得)，和硅酮壓敏粘合劑如那些在美國專利No.2,857,356、4,039,707、4,655,767、4,898,920、4,925,671、5,147,916、5,162,410和5,232,702中公開的。適合的丙烯酸酯粘合劑包括(但不限制于)乙酸乙烯-丙烯酸酯多元聚合物，如Gelva7371(可從Monsanto Company of St.Louis,MO購得)、Gelva7881、Gelva2943、I-780醫(yī)用粘合劑(可從Avery Dennison of Gainesville,OH購得)和丙烯酸酯壓敏粘合劑，如在美國專利No.4,994,267、5,186,938、5,573,778、5,252,334和5,780,050中公開的那些。
粘合劑將裝置粘附在屏障膜(如皮膚)上，從而使其不容易從皮膚上脫離或在皮膚上移動(dòng)。粘合劑也使電流的泄漏最小化，所述的電流流經(jīng)槽108到屏障膜(如角質(zhì)層)。電流的泄漏可能是由小離子流造成的，如氫離子、羥基離子、鈉離子等，通過角質(zhì)細(xì)胞間的細(xì)胞間隙，流到完整的角質(zhì)層(即未被刀片106破壞的角質(zhì)層區(qū)域)。與正常的角質(zhì)層相比，充分水化的角質(zhì)層具有較大的細(xì)胞間隙，因此能讓較大的電解質(zhì)移動(dòng)，導(dǎo)致電流較多的流失。由于活性物質(zhì)送遞的效率隨著電流的減少而降低，因此電流的泄漏降低了活性物質(zhì)的送遞效率。不導(dǎo)電或低導(dǎo)電粘合劑層將防止穿過槽108的離子流泄漏入角質(zhì)層。取而代之的是，離子僅流過由刀片106在角質(zhì)層形成的路徑，而不進(jìn)入角質(zhì)層的其它區(qū)域。因此，不導(dǎo)電粘合劑層提高了活性物質(zhì)的送遞效率。
替代或補(bǔ)充涂層107中的粘合劑，可用橡皮帶將裝置100縛在屏障膜上，所述的橡皮帶是帶扣的(如與皮表帶類似)、Velcro帶等。
槽108的大小任意，只要能讓活性物質(zhì)穿過即可。通常槽108的直徑約為100mm-4mm。
儲(chǔ)器110與槽108相通，讓化合物(如活性物質(zhì))流出或讓化合物(如組織液中的化合物)進(jìn)入儲(chǔ)器110。儲(chǔ)器110可由任何與活性物質(zhì)不起反應(yīng)的材料制成，包括可制備容器102的材料。
當(dāng)用于化合物給藥時(shí)(作為藥物)，儲(chǔ)器110可含有藥學(xué)上可接受的且與化合物相容的流體載體(如水)。替代或補(bǔ)充它，儲(chǔ)器110可含有懸浮材料來固定活性物質(zhì)。懸浮材料的例子包括親水、高吸收性的多孔材料。多孔材料的例子包括(但不限制于)棉制紗布；由人造絲或人造絲混合物制成的非編織襯墊；聚酯或其它聚合纖維；由聚氨基甲酸酯、聚酯和/或其它聚合物制成的聚合泡沫或海綿狀材料；和交聯(lián)和非交聯(lián)膠凝材料，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、明膠、羥基甲基纖維素、羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、甲基纖維素和羧基甲基纖維素?？蓪⑸鲜鰸B透增強(qiáng)劑加入懸浮材料中。
儲(chǔ)器可帶有一個(gè)或多個(gè)小孔114，來釋放儲(chǔ)器中的空氣或其它氣體，以輔助儲(chǔ)器的裝料。通常小孔的直徑小于100μm。小孔可帶有機(jī)械活門或壓敏活門，以防止操作過程儲(chǔ)器中流體的溢出。
在裝置100的操作中或即將操作前，可將適當(dāng)溶劑中的活性物質(zhì)加到儲(chǔ)器110中。另外，儲(chǔ)器110中可用固態(tài)活性物質(zhì)預(yù)裝料。固態(tài)活性物質(zhì)可以是固定在多孔材料(如非編織襯墊或聚氨基甲酸酯泡沫)上的粉末，或是從冷凍干燥得到的凍干形式(有或無多孔材料)。操作中，將溶劑引入儲(chǔ)器110，溶解固態(tài)活性物質(zhì)，使其與固定該裝置100的身體接觸。儲(chǔ)器110中可存在凍干和貯藏過程中用于穩(wěn)定活性物質(zhì)和用于迅速溶解活性物質(zhì)的藥學(xué)上可接受的賦形劑。賦形劑的例子包括(但不限制于)磷酸鈉和磷酸鉀；檸檬酸；酒石酸；白蛋白；明膠；和碳水化合物，如葡萄糖、甘露醇、葡聚糖和環(huán)糊精。另外，儲(chǔ)器110還可含有滲透增強(qiáng)劑和上述其它生物活性物質(zhì)。
電極112可以是貴金屬，如鉑或金或?qū)щ姷奶肌？蓪㈦姌O112裝在基底(如金屬或?qū)щ娋酆衔?上。適合的導(dǎo)電聚合物包括(但不限制于)導(dǎo)電填充聚合物，如填碳硅酮橡膠；填碳粉的天然橡膠；填鹵化銀粉的聚合物；包鹵化銀的銀，如包氯化銀的銀、包溴化銀的銀和包碘化銀的銀；和抗腐蝕合金，如不銹鋼和含鈦合金。電極112也可與上述材料組合。
在操作中，使裝置100接觸膜的表面104和對電極與動(dòng)物如哺乳動(dòng)物(尤指人)皮膚接觸。在裝置100的電極112和對電極間加電勢。在一實(shí)例中，對電極與裝置100相同。電流使儲(chǔ)器110中的化合物(如活性物質(zhì))穿過槽108流入哺乳動(dòng)物或使哺乳動(dòng)物中的化合物流經(jīng)槽108流入儲(chǔ)器110。由刀片106產(chǎn)生的穿透角質(zhì)層的路徑減少了角質(zhì)層的電阻，從而增加了穿透哺乳動(dòng)物身體的電流。結(jié)果是活性物質(zhì)能更好地送遞。
所用的電流可以是常規(guī)的直流電(DC)；疊加信號(hào)，如DC與常規(guī)交流電(AC)的組合；和美國專利No.5,135,478中公開的疊加信號(hào)；脈沖DC，如美國專利No.5,042,975中公開的脈沖DC；和Y.Sun和H.Xue,Proceed.Intern.Symp.Control.Rel.Bioact.Mater.,17:202-203(1990)和美國專利No.5,224,927和5,013,293中描述的帶周期性反向極性的脈沖DC和DC。在一實(shí)例中，所用的電流是直流電或帶周期性反向極性的脈沖直流電。電流密度(每單位面積皮膚上的電流密度)通常小于約0.5mA/cm2，這是人皮膚對電流的痛覺閾(如小于0.4mA/cm2)。
在變化點(diǎn)可減小電流和電壓的波形，以避免可能造成哺乳動(dòng)物不適感的突然和大的電流/電壓變化。例如，電離子透入治療開始時(shí)，可逐漸增加電流到所需的密度，從而將哺乳動(dòng)物的不適減到最小。
圖5A顯示了本發(fā)明的一實(shí)施例。裝置500含有帶接觸膜的表面504的容器502。接觸膜的表面504帶有多個(gè)外露刀片506，這些刀片彼此間隔預(yù)定的間距形成槽508。接觸膜的表面504上涂有粘合劑層509。容器502的化合物儲(chǔ)器510與槽508和電極儲(chǔ)器514相通。
電極儲(chǔ)器514在電極512和化合物儲(chǔ)器510之間，并與它們相通。半透膜516將電極儲(chǔ)器514與化合物儲(chǔ)器510隔開。電極儲(chǔ)器514可含有電極介質(zhì)。為了使與攜帶電荷的化合物/流體離子競爭透過皮膚屏障的電極介質(zhì)中的離子減到最小，電極介質(zhì)可帶低電荷或不帶離子電荷。通常，組成電極介質(zhì)的水溶液所含的電解質(zhì)小于約1％，如小于約0.1％，如小于約0.01％(重量)。電極介質(zhì)或電極儲(chǔ)器514中也可含有上述的滲透增強(qiáng)劑，以減少角質(zhì)層的柔韌性和彈性。電極介質(zhì)也可含有約0.1-90％(重量)其它非離子溶劑，包括(但不限制于)甘油、丙二醇、己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇和低級醇，如乙醇和異丙醇。
可在電極儲(chǔ)器514的電極介質(zhì)中加入緩沖劑，以維持電離子透入治療中電極儲(chǔ)器514中溶液的pH在一確定的pH范圍。緩沖劑包括(但不限制于)聚合物緩沖劑、對周圍液體有緩沖作用的固態(tài)材料等。在一實(shí)例中，緩沖劑是聚合物緩沖劑，其不能透過半透膜516到達(dá)化合物儲(chǔ)器510。由于聚合物緩沖劑是大分子，離子化的聚合物緩沖劑的離子流動(dòng)性很低，不與攜帶電荷的化合物/流體離子明顯競爭。因此，聚合物緩沖劑不降低化合物的送遞效率。
聚合物緩沖劑可以是任何聚合物，其在確定的pH通過吸收氫離子或氫氧根離子進(jìn)行離子化，維持電極儲(chǔ)器514中溶液的pH在所需的范圍。在一實(shí)例中，聚合物緩沖劑的分子量大于可透過半透膜516的分子量(如至少是半透膜516分子量截留值的兩倍)。
聚合物緩沖劑可以是水溶性的或不溶于水的。在一實(shí)例中，聚合物緩沖劑是不溶于水的，以細(xì)顆粒形式使表面面積最大化。聚合物緩沖劑的細(xì)顆?？蓱腋≡谀z介質(zhì)中，在該介質(zhì)中可溶解或懸浮待送遞的活性物質(zhì)。另外，可將不溶于水的聚合物緩沖劑造成多孔聚合膜，覆蓋電極512和/或電極儲(chǔ)器514的內(nèi)壁。多孔聚合膜也可用于作透膜516。
帶酸性官能團(tuán)的聚合物(即帶羧基官能團(tuán)的陰離子聚合物，如用于腸溶衣的聚合物)，可用于防止陰極電離子透入治療中電極儲(chǔ)器514中電極介質(zhì)的溶液pH的增加(如由陰極送遞的帶負(fù)電荷的活性物質(zhì))。適合的陰離子聚合物包括(但不限制于)異丁烯酸與異丁烯酸酯的共聚物，如Eudrgit L(可從Rohm Tech,Inc.of Malden,MA購得)、Eudragit S、Eudragit RS、Eudragit RL、苯二甲酸醋酸纖維素(C-A-P)和苯三酸醋酸纖維素(C-A-T)和苯二甲酸羥丙甲纖維素(HPMCP)，(可從Eastman Fine Chemicals of Kingsport,TN購得)。陰離子聚合物可以是藥用級的。
陰離子聚合物的一個(gè)例子是Eudragit S100。pH低于7時(shí)，Eudragit S100是固體。pH高于7時(shí)，由于羧基電離Eudragit S100溶解。羧基官能團(tuán)的電離導(dǎo)致陰極電離子透入治療中由電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的過量氫氧根離子被中和。例如，一個(gè)擬用電離子透入治療給藥的制劑(pH范圍為6.5-7)，可用Eudragit S100作為緩沖劑。在pH6.5～7之間，Eudragit S100是固體，因此不干擾活性物質(zhì)送遞過程。而在電離子透入治療過程中，在電極儲(chǔ)器514的電極介質(zhì)溶液中開始積聚的氫氧根離子使pH升高。結(jié)果，Eudragit S100聚合物溶解，中和氫氧根離子，從而使電極介質(zhì)的pH維持在一確定的范圍。
帶堿性官能團(tuán)的聚合物(即陽離子聚合物，如帶胺基基團(tuán)的聚合物)可用于防止陽極電離子透入治療中pH的降低(即由陽極送遞的帶陽電的活性物質(zhì))。適合的陽離子聚合物包括異丁烯酸二甲氨基乙酯與異丁烯酸酯的共聚物，如可從RohmTech,Inc購得的Eudragit E，其平均分子量為150,000道爾頓。在一實(shí)例中，陽離子聚合物是藥用級的。Eudragit E在pH大于約5時(shí)為固體，pH低于約5時(shí)溶解。當(dāng)因陽極化學(xué)反應(yīng)氫離子的濃度增加時(shí)，Eudragit E通過吸收氫離子而電離，從而將電極介質(zhì)的pH維持在一確定的范圍。
固體緩沖劑可以是不溶于水的或水溶性有限。適合的固態(tài)緩沖劑包括(但不限制于)碳酸鈣、氧化鋁、氫氧化鋁和氧化鋅。
電極儲(chǔ)器514中的電極介質(zhì)可含有其它佐劑，包括(但不限制于)糖、多糖、環(huán)糊精、非離子表面活性劑和抗微生物劑。
在另一實(shí)例中，電極儲(chǔ)器514被分成兩個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)器(可任選地由半透膜分隔)。
通常，半透膜516可滲透溶劑和小分子量賦形劑，如小分子量的緩沖劑、抗氧劑、螯合劑、防腐劑和滲漲度(tonicity)調(diào)節(jié)劑，但不讓待送遞的活性物質(zhì)或待分析的哺乳動(dòng)物內(nèi)的化合物滲透。在一實(shí)例中，只有小于該化合物分子量一半(如1/4)的顆?？梢酝高^半透膜516。例如，分子量小于1,000道爾頓的顆?？梢酝高^半透膜516。
已知許多離子化合物參與電極512的表面513上的電化學(xué)反應(yīng)?；衔锏碾娀瘜W(xué)反應(yīng)通常導(dǎo)致電極512的表面513上化合物的降解或沉淀(如降低活性物質(zhì)的送遞效率)。半透膜516防止了化合物接觸表面513，從而防止了表面513上化合物的降解和沉淀。
半透膜516可由以下材料制成纖維素、纖維素衍生物如Spectra/Por透析膜(可從Spectrum of Houston,TX購得)、再生纖維素、醋酸纖維素和硝酸纖維素；纖維素與其它聚合材料的混合物如纖維素/聚酯和纖維素/聚丙烯；聚乙烯、聚丙烯、Teflon、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯、尼龍、聚砜、聚醚砜、銅紡、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯乙烯醇、聚丙烯腈和上述聚合物的混合物。
大部分蛋白質(zhì)和肽類藥物是通過注射給予的。這些可注射的藥物制劑可通過注射(如通過隔膜(未顯示))、預(yù)加料或通過路徑520引入化合物儲(chǔ)器510?？勺⑸涞乃幬镏苿┩ǔ：械碾x子性賦形劑包括防腐劑，如甲酚、氯甲酚、苯甲醇、對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯甲酸丙酯、苯酚、硫柳汞、苯扎氯銨、芐索氯銨和硝酸苯汞；穩(wěn)定劑；抗氧劑，如抗壞血酸、抗壞血酸酯、丁基羥基-苯甲醚、丁基羥基-甲苯、半胱氨酸、N-乙酰半胱氨酸、亞硫酸氫鈉、偏亞硫酸氫鈉、甲醛次硫酸鈉、生育酚、去甲二氫愈創(chuàng)木酸；緩沖劑；螯合劑，如乙二胺四乙酸及其鹽；緩沖劑如乙酸、檸檬酸、磷酸、谷氨酸及它們的鹽；和滲漲度調(diào)節(jié)劑，如氯化鈉、硫酸鈉、葡萄糖和甘油。這些離子賦形劑與化合物離子競爭傳送電流。由于競爭離子(即離子賦形劑)通常比化合物離子小而且移動(dòng)得快，它們傳送明顯數(shù)量的電流。結(jié)果，許多電流轉(zhuǎn)為移動(dòng)離子賦形劑而不是化合物離子，導(dǎo)致如較低的活性物質(zhì)送遞效率。
但由于競爭離子能穿過半透膜516進(jìn)入電極儲(chǔ)器514，而化合物不能，化合物儲(chǔ)器510中競爭離子的濃度降低。因此，大部分進(jìn)入哺乳動(dòng)物體內(nèi)的電流是由化合物離子傳送的而不是競爭性離子，導(dǎo)致如活性物質(zhì)的較大送遞。
由于化合物儲(chǔ)器510與電極儲(chǔ)器514容積比例的降低，化合物儲(chǔ)器510中有較多的競爭離子被驅(qū)逐到電極儲(chǔ)器514中。結(jié)果，活性物質(zhì)送遞的效率隨著容積比例的降低而升高。例如，在容積比例為1∶19時(shí)，當(dāng)競爭離子滲透過半透膜516達(dá)到平衡后，化合物儲(chǔ)器510中競爭離子與活性物質(zhì)濃度的比例是無半透膜516的相同裝置的1/20。因此，較佳地應(yīng)使化合物儲(chǔ)器510與電極儲(chǔ)器514的容積比例最小化。在一實(shí)例中，容積比例約小于1∶1(如小于1∶10)。
這種裝置可含有一個(gè)或多個(gè)與化合物儲(chǔ)器510相通的儲(chǔ)器。半透膜可將每個(gè)附加的儲(chǔ)器與化合物儲(chǔ)器510隔開。
入口518將含有活性物質(zhì)的溶液通過路徑520引入化合物儲(chǔ)器510。在一實(shí)例中，將入口518制成適于接受含化合物的膠囊522(如通常用于針頭注射的含蛋白質(zhì)或肽類藥物的膠囊)。膠囊522可以是任何形狀，但通常是柱狀的。膠囊522可由任何藥學(xué)上可接受的材料制成，如玻璃、塑料或金屬。對于玻璃或其它易碎膠囊而言，可將柱塞524壓向入口518中的膠囊522，以壓碎膠囊。隨后膠囊522中的溶液流經(jīng)路徑520進(jìn)入化合物儲(chǔ)器510。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，儲(chǔ)器510和電極儲(chǔ)器514中的液體可通過入口518再充滿。由于水的電解、流體的送遞進(jìn)入哺乳動(dòng)物體內(nèi)、泄漏和蒸發(fā)，隨著時(shí)間的推移，這些儲(chǔ)器中的流體量將減少。
路徑520可任選地含有過濾器，以防止膠囊522的碎片(如玻璃碎片)進(jìn)入化合物儲(chǔ)器510而接觸到哺乳動(dòng)物皮膚。在一實(shí)例中，過濾器的孔徑大小約為0.2μm-500μm。
在圖5B所示的另一實(shí)例中，在入口518中插入兩個(gè)膠囊522和526。第一個(gè)膠囊522含有活性物質(zhì)溶液。第二個(gè)膠囊526含有低量離子或無離子的溶液，如蒸餾水。第一個(gè)膠囊522的位置比第二個(gè)膠囊接近路徑520，因此當(dāng)柱塞524壓向入口518時(shí)，兩個(gè)膠囊522和526受擠壓，使得第一個(gè)膠囊522中含有的活性物質(zhì)先進(jìn)入化合物儲(chǔ)器510，其后第二個(gè)膠囊526中的低量離子溶液再進(jìn)入。低量離子溶液流經(jīng)化合物儲(chǔ)器510和半透膜516，進(jìn)入電極儲(chǔ)器514。當(dāng)?shù)土侩x子溶液流入電極儲(chǔ)器514時(shí)，其攜帶非活性物質(zhì)(包括化合物儲(chǔ)器510中的競爭離子)進(jìn)入電極儲(chǔ)器514。結(jié)果增加了活性物質(zhì)的送遞效率。
在圖5C顯示的另一實(shí)例中，隔膜530將膠囊522和526隔開。隔膜530防止當(dāng)膠囊522和526壓碎時(shí)釋放的溶液混合。任選地，隔膜可在入口518中滑動(dòng)。第二個(gè)路徑532讓第二個(gè)膠囊526釋放的流體進(jìn)入電極儲(chǔ)器514。當(dāng)柱塞524壓入入口518時(shí)，膠囊522和526被壓碎，使得第一個(gè)膠囊522中含活性物質(zhì)的溶液，通過路徑520進(jìn)入化合物儲(chǔ)器510，而第二個(gè)膠囊526中的低量離子溶液通過第二路徑532進(jìn)入電極儲(chǔ)器。
對于圖5A而言，可用注射器通過自封式入口(沒有顯示)，將低量離子或無離子溶液注射入化合物儲(chǔ)器510或電極儲(chǔ)器514，以減少競爭離子的數(shù)量(如圖5B所示的兩個(gè)膠囊的實(shí)例)。
電源和/或電子控制單元528與電極512呈電接觸?？捎蒙鲜龅娜魏畏椒?，讓電子控制單元528施加電流穿過電極512和對電極(沒有顯示)。
在一實(shí)例中，將裝置500和對電極(等同于裝置500)安置在哺乳動(dòng)物皮膚上。施加一穿過電極的電流。經(jīng)過預(yù)定的一段時(shí)間后，由電子控制單元528將電極的電極性反向，將對電極中的活性物質(zhì)送遞給哺乳動(dòng)物。經(jīng)過一段預(yù)定的時(shí)間后，再次使電極性反向。將這一方法連續(xù)進(jìn)行，直到完成電離子透入治療。
Y.Sun和H.Xue,Proceed.Intern.Symp.Contro1.Rel.Bioact.Mater.,17:202-203(1990)中敘述了這種反轉(zhuǎn)極性方法的優(yōu)點(diǎn)。簡單地說，周期性反轉(zhuǎn)極性將逆轉(zhuǎn)在每個(gè)電極的導(dǎo)電材料上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的方向，中和由水電解產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子，從而防止pH的任何明顯變化。由希望維持的pH范圍確定每一時(shí)間間隔的長度。溶液pH的變化取決于許多因素，如緩沖劑和其它賦形劑的存在、所施加的電流密度以及電解質(zhì)和活性物質(zhì)的體積。在一實(shí)例中，在兩次極性反轉(zhuǎn)之間pH的變化為約3pH單位，約2pH單位或約1pH單位。在電子控制單元528中可預(yù)先編好程序確定兩次反轉(zhuǎn)之間的時(shí)間間隔。由于pH的變化，裝置500中的內(nèi)含物也可能變化，兩次反轉(zhuǎn)極性之間的時(shí)間間隔可逐漸或同步增加或減少，以將pH維持在一確定的范圍。
圖6說明了本發(fā)明經(jīng)皮電離子透入治療裝置的另一實(shí)例。裝置600含有帶接觸膜的表面604的容器602。接觸膜的表面604帶有多個(gè)外露刀片606，這些刀片彼此間隔預(yù)定的間距形成槽608。接觸膜的表面604上涂有粘合劑層609。容器602中的多個(gè)化合物儲(chǔ)器610與槽608和電極612相通。預(yù)先將上述的固態(tài)活性物質(zhì)加料至化合物儲(chǔ)器610中，且化合物儲(chǔ)器610彼此互不相通。分開的化合物儲(chǔ)器610防止了每個(gè)儲(chǔ)器中活性物質(zhì)的流動(dòng)遠(yuǎn)離由刀片606產(chǎn)生的送遞路徑，從而增加了活性物質(zhì)的送遞效率。也可在一個(gè)或多個(gè)軸枕、泡囊、膠囊等中含有活性物質(zhì)。在安置入裝置600前破碎軸枕、泡囊、膠囊等，以釋放活性物質(zhì)(或用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的裝置600中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行)?？蓪⒒衔飪?chǔ)器610包括在一個(gè)或多個(gè)可拆裝的藥盒中。另外在一實(shí)例中，可選擇性釋放一些化合物儲(chǔ)器610中的活性物質(zhì)，而不釋放其它化合物儲(chǔ)器610中的活性物質(zhì)。
電極儲(chǔ)器614和第三儲(chǔ)器616在電極612和儲(chǔ)器610之間。第一半透膜618將電極儲(chǔ)器614與儲(chǔ)器610分開。第一半透膜618可透過溶劑和小分子量的賦形劑，但不能滲透過活性物質(zhì)。
第三儲(chǔ)器616與電極612相通。第二半透膜620將第三儲(chǔ)器616與電極儲(chǔ)器614分開。在該實(shí)例中，第三儲(chǔ)器616中不存在上述的緩沖劑。另外，第二半透膜620阻止電極儲(chǔ)器614的緩沖劑進(jìn)入第三儲(chǔ)器616。從而防止了緩沖劑污染電極612并在其上沉淀。
與第三儲(chǔ)器616相通的一個(gè)或多個(gè)傳感器622通過一導(dǎo)線624與電子控制單元626相連。另外，傳感器622可與儲(chǔ)器610和/或電極儲(chǔ)器614(替代或補(bǔ)充第三儲(chǔ)器616)相通。傳感器622將檢測出的信號(hào)傳遞到電子控制單元626。電子控制單元626控制電流，包括電流的方向和/或通過電極612的電位，并按從傳感器622收到的信息調(diào)節(jié)電流和/或電位。電子控制單元626的電位和電流可以變化以實(shí)現(xiàn)希望的送遞速率。
適合的傳感器包括探測pH、溶液導(dǎo)電率、鹵素離子濃度、化合物濃度、各種酸(如硫酸、硝酸、磷酸、乙酸和檸檬酸)和鹽的濃度、金屬離子(如鈉、鉀、鋰、鍶、鈣、鋅、鎂和鋁)的濃度、含胺基官能團(tuán)或羧酸官能團(tuán)的化合物的濃度、氣體(如氧氣、氫氣、二氧化碳和氨氣)的濃度、顏色、粘度、密度、溫度、壓力、和電極上氧化和還原反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度的傳感器。這些傳感器的例子包括(但不限制于)電導(dǎo)傳感器；阻抗傳感器；離子選擇性電極，如選擇氯、氟、硫酸根、銀、鈉、鉀、鋰和銨離子；以電流分析法為基礎(chǔ)的傳感器，如測氧和胺的；比色傳感器；以分光光度測定為基礎(chǔ)的傳感器；和以電位測定法為基礎(chǔ)的傳感器。
在一實(shí)例中，傳感器622是pH傳感器，其將探測到的pH傳遞給電子控制單元626。如上述，電子控制單元626可反轉(zhuǎn)加到電極612上的電流極性。按探測到的pH的變化以及所需的pH范圍，增加或減少反轉(zhuǎn)極性的時(shí)間間隔。
入口628讓溶液通過路徑630引入到第三儲(chǔ)器616中。入口628適于接受膠囊632，該膠囊含有上述的低量離子或無離子溶液。在一實(shí)例中，將柱塞634壓向入口628中的膠囊632，以壓碎膠囊632并釋放出其所含的溶液。當(dāng)膠囊632壓碎時(shí)，溶液進(jìn)入第三儲(chǔ)器616，流經(jīng)第二半透膜620，電極儲(chǔ)器614和第一半透膜618，進(jìn)入化合物儲(chǔ)器610。然后溶液攜帶化合物儲(chǔ)器610中的活性物質(zhì)，流經(jīng)路徑618進(jìn)入固定裝置600的哺乳動(dòng)物的體內(nèi)。
在本發(fā)明的另一實(shí)例中，通過入口628可以充填化合物儲(chǔ)器610、第二儲(chǔ)器614和/或第三儲(chǔ)器616中的流體。由于水的電解、流體的送遞進(jìn)入哺乳動(dòng)物體內(nèi)、泄漏和蒸發(fā)，隨著時(shí)間的推移，這些儲(chǔ)器中的流體量將減少。
本發(fā)明的另一實(shí)例是一經(jīng)皮電離子透入治療系統(tǒng)，其包括本發(fā)明的裝置、對電極和與裝置的電極和對電極電連接的電子控制單元。為了送遞活性物質(zhì)或從哺乳動(dòng)物獲得化合物，使裝置的接觸膜的表面和對電極與哺乳動(dòng)物(如人)的屏障膜接觸，通過電極由電子控制單元施加電流。電流使裝置儲(chǔ)器中離子化的活性物質(zhì)或哺乳動(dòng)物中的化合物流經(jīng)裝置的槽，分別進(jìn)入或流出哺乳動(dòng)物的身體。
電子控制單元可以是任何形狀或尺寸，若要用于患者則通常為小尺寸。當(dāng)需要從儲(chǔ)器以電傳送(如電離子透入治療、電滲、和電造孔法送遞)方式送遞活性物質(zhì)，經(jīng)過孔口，透過哺乳動(dòng)物身體表面進(jìn)入哺乳動(dòng)物身體時(shí)，供電單元對電極提供電壓/電位(如可反轉(zhuǎn)極性)以及電流。供電單元可從外部來源獲得其能量(如將電子控制單元插入標(biāo)準(zhǔn)墻壁插座)，或其帶有電池(如，用于患者)。在一實(shí)例中，電子控制單元和電極都含在同一外殼中。
這些電路和系統(tǒng)的例子是本領(lǐng)域熟知的，如美國專利No.4,141,359、4,744,788、4,747,819、5,224,927、4,752,285、4,722,726、4,731,049、5,042,975、5,571,149和5,853,383；Park,J.Neuroscience Methods,29:85-89(1989)；Zakzewski等人，Med.&Biol.Eng.&Comput.34:484-88(1996)；和Jaw等人，Med.Eng.Phys.17:385(1995)。美國專利No.4,406,658和5,224,927中公開了反轉(zhuǎn)極性電路的例子。
按本發(fā)明電傳送電流的波形包括(但不限制于)常規(guī)的直流電(DC)；疊加信號(hào)，如DC與常規(guī)交流電(AC)的組合；和美國專利No.5,135,478中公開的疊加信號(hào)；美國專利No.5,042,975中公開的脈沖DC；和Sun等人(Proceed.Intern.Symp.Control.Rel.Bioact.Mater.,17:202-203(1990))和美國專利No.5,224,927和5,013,293中描述的帶周期性反轉(zhuǎn)極性的脈沖DC和DC。在任何變化點(diǎn)可將電流或電位波形變小(即避免電流/電位的突然和急劇的變化)以減少相關(guān)的皮膚不適和不良感覺。在一實(shí)例中，本發(fā)明電流的波形是DC或脈沖的DC(帶周期性的反轉(zhuǎn)極性)。在一實(shí)例中，由傳感器將電流密度(如皮膚每位面積的電流密度)維持在小于約0.5mA/cm2(如小于約0.4mA/cm2)。
另一實(shí)例是通過用多個(gè)刀片穿透屏障膜(如不穿透真皮或穿透量最小)以形成一個(gè)或多個(gè)路徑，從而使活性物質(zhì)透過哺乳動(dòng)物的屏障膜的方法。在一實(shí)例中，如上所述，刀片朝著刀片的頂端變細(xì)。在一實(shí)例中，刀片是覆蓋有待送遞給哺乳動(dòng)物的活性物質(zhì)和/或滲透增強(qiáng)劑和/或膜粘合劑。在一實(shí)例中，然后將活性物質(zhì)施加在屏障膜中形成的路徑上。在一實(shí)例中，在屏障膜上施加電流，使屏障膜上的活性物質(zhì)移動(dòng)經(jīng)過路徑，進(jìn)入哺乳動(dòng)物的體內(nèi)。
除上述用電傳送方法(如電離子透入治療、電滲、和電造孔法送遞)來增強(qiáng)化合物送遞進(jìn)入或流出哺乳動(dòng)物外，也可用本領(lǐng)域熟知的其它方法(如補(bǔ)充或替代電傳送)，如超聲波、可聽聲、機(jī)械運(yùn)動(dòng)、壓力(即正壓力或負(fù)壓力)、滲透壓、沖擊波、加熱(如將溫度加熱到比屏障膜表面的溫度至少高3℃，但不能超過45℃)，濃度梯度(如在膜一面有較高的化合物濃度)、化學(xué)增強(qiáng)劑、由化學(xué)載體送遞治療劑、和用膜粘合劑(如氰基丙烯酸酯聚合物)以除去膜。
超聲波是指頻率超過人聽覺范圍的聲能，即超過20kHz。用超聲波來提高藥物的皮膚滲透，稱為phonophoresis或sonophoresis。本發(fā)明將所有頻率的聲能(即頻率低于和高于20kHz)與刀片應(yīng)用聯(lián)合，來提高物質(zhì)穿過屏障膜的傳送。可聯(lián)合刀片與聲能，來提高經(jīng)皮藥物送遞，從而改善基因治療的效果和提取用于診斷的生物物質(zhì)。產(chǎn)生和傳播用于這種目的的聲能的裝置部件與那些現(xiàn)用于藥物送遞和生物物質(zhì)提取的部件類似，如美國專利No.4,767,401、5,636,632和5,582,586中所述的。
一個(gè)將壓力(如突然釋放的壓力)與刀片處理屏障膜聯(lián)合的例子是將無針的壓力注射器裝置安置在刀片處理過的皮膚上，進(jìn)行經(jīng)皮藥物送遞，藥物的形式可以是液態(tài)或固態(tài)粉末。產(chǎn)生和突然釋放用于這種目的的壓力的裝置部件與那些在美國專利No.4,790,824和5,399,163中所述的類似。也可用真空裝置(如Vaccutainer)通過刀片處理的皮膚從哺乳動(dòng)物抽提化合物。
可用滲透壓從皮膚或粘膜提取生物物質(zhì)(用于診斷)，如在皮膚上安置含溶質(zhì)或聚合物濃溶液(或凝膠)的剛性小室。該室有一孔，將其壓向刀片處理過的皮膚。系統(tǒng)中的滲透壓通過被破壞的屏障膜(如角質(zhì)層)從皮膚中提取生物流體。也可用滲透壓產(chǎn)生的正壓力來提高藥物的送遞，方法如前所述(即將壓力作為驅(qū)動(dòng)力)。
可將沖擊波描述為與時(shí)間相關(guān)的瞬時(shí)脈沖，其特征為出現(xiàn)時(shí)間極短(幾十毫微秒范圍)和幾百巴的數(shù)量級，使介質(zhì)粘度突然、急劇變化，從而導(dǎo)致屏障膜瞬時(shí)滲透性的增加?？捎杉す馐?美國專利No.5,658,892和5,614,502)、燃燒、壓縮氣體的突然釋放、或其它方法產(chǎn)生沖擊波，從而與刀片的使用結(jié)合提高藥物經(jīng)屏障膜的滲透。將刀片的使用與沖擊波技術(shù)相聯(lián)合，能用較弱的沖擊波(即，減少所需的能量輸入)來實(shí)現(xiàn)藥物滲透的提高，從而減少了沖擊波的潛在副作用并降低了裝置制造的技術(shù)難度。
也可用加熱形式的熱能來增加活性物質(zhì)透過刀片處理過的皮膚的滲透。本發(fā)明加熱單元的工作原理是電加熱、相變的放熱(即從氣體到液體，液體到固體等)、和化學(xué)貼片?；瘜W(xué)貼片的工作原理通常是通過撕碎內(nèi)部隔離物使成分混合。成分的混合導(dǎo)致放熱化學(xué)或物理化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)熱。這種裝置的設(shè)計(jì)也可與美國專利No.4,685,911(公開了一種自動(dòng)加熱的經(jīng)皮貼片)中所述的類似。當(dāng)除去貼片背后的封條后，加熱腔中的離子粉末暴露于空氣和水，產(chǎn)生的放熱反應(yīng)發(fā)出熱能從而促進(jìn)了經(jīng)皮藥物吸收。
也可用化學(xué)增強(qiáng)劑。本發(fā)明的化學(xué)增強(qiáng)劑的定義是廣義的，它具備以下功能(a)增加藥物和其它活性物質(zhì)穿透人皮膚和粘膜的滲透性；(b)延緩或防止由刀片產(chǎn)生的屏障膜開口的封閉(如可溶性聚合物和生物聚合物，如大分子量或小分子量的肝素；多糖，如環(huán)糊精；和表面活性劑，如非離子表面活性劑和磷酸脂類)；(c)增加局部血循環(huán)，從而便利藥物吸收入血循環(huán)(如舒血管劑)；(d)使局部組織的透膜體(permeant)聚積(如包括血管收縮劑和能與活性物質(zhì)形成低溶解性沉淀或復(fù)合物的化合物)；(e)增加送遞系統(tǒng)中和送遞路徑周圍的藥物的溶解性和/或化學(xué)穩(wěn)定性(如環(huán)糊精、絡(luò)合劑、抗氧劑、蛋白酶和其它降解酶的抑制劑)，以增加藥物送遞；或(f)提高皮膚和粘膜組織對藥物送遞或生物取樣的耐受性，如減少組織刺激、不適、或其它與活性物質(zhì)透過局部組織相關(guān)的不良副作用(如抗刺激劑、抗炎藥、抗組胺劑、皮質(zhì)類固醇、色甘酸及其鹽和衍生物、鋅鹽和氧化鋅、維生素和礦物質(zhì)、植物化學(xué)品和中藥提取物)?？稍诘镀幚砥琳夏ぶ?、之間和之后，用化學(xué)增強(qiáng)劑。
通過膠囊化、包載、表面吸附或其它機(jī)理，化學(xué)載體與活性物質(zhì)(如藥)反應(yīng)，形成微型藥物送遞系統(tǒng)?；瘜W(xué)載體的例子如下(a)脂質(zhì)體；(b)環(huán)糊精；(c)膠束；(d)微膠囊；(e)微乳；(f)水凝膠；和(g)毫微粒。
可用膜粘合劑(如氰基丙烯酸酯聚合物)剝?nèi)ツ?如角質(zhì)層)以便利穿透皮膚和粘膜屏障的滲透。熟知用粘合材料(如透明膠帶)剝?nèi)ソ琴|(zhì)層能增加藥物的經(jīng)皮滲透性。已報(bào)道了用100-120次膠帶能完全除去角質(zhì)層。另一方面，用氰基丙烯酸酯粘合劑剝離四次能達(dá)到類似的效果。氰基丙烯酸酯粘合劑與透明膠帶的工作原理完全不同，氰基丙烯酸酯液體一接觸到皮膚，就通過與皮膚中的水分和胺基官能團(tuán)反應(yīng)而聚合。我們的測試表明用氰基丙烯酸酯膠液剝離皮膚一次以上就有疼痛，因此未必是實(shí)際皮膚滲透增強(qiáng)的理想方法。
但我們發(fā)現(xiàn)將氰基丙烯酸酯皮膚剝離與刀片處理組合(如將氰基丙烯酸酯涂在接觸膜的表面)，只需一次剝離將能顯著提高電離子透入治療的藥物送遞。這種方法成功的解釋是微型刀片便利了液態(tài)氰基丙烯酸酯膠液在聚合前流入更深的角質(zhì)層的角蛋白層，從而能更有效地除去刀片處理過位置的角質(zhì)層。其也將在角質(zhì)層上產(chǎn)生更大的開口，從而大大增強(qiáng)經(jīng)皮電離子透入治療。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是與有關(guān)的整個(gè)皮膚剝離的方法相反，這種方法僅需要從角質(zhì)層剝離極小部分皮膚，這就使我們的方法作為經(jīng)皮藥物送遞和生物物質(zhì)取樣的增強(qiáng)方法實(shí)際應(yīng)用性更強(qiáng)。因此，本方法特別適用于組織液的極小破壞性的取樣。
本發(fā)明可用所有氰基丙烯酸酯粘合劑，如基氰丙烯酸乙酯、氰基丙烯酸丁酯、氰基丙烯酸辛酯等，優(yōu)選的氰基丙烯酸酯是氰基丙烯酸辛酯(DermabondTM)和2-氰基丙烯酸正丁酯(HistoacrylTM)，它們已在許多國家被廣泛用作治療撕裂時(shí)的皮膚閉合的縫線替代物。
所有上述的滲透增強(qiáng)方法可單用，或以任何組合使用。但優(yōu)選的是能協(xié)同達(dá)達(dá)增加滲透和/或其它益處(如減少副作用)的組合。
以下是對本發(fā)明裝置和方法使用的描述。以下實(shí)施例僅起說明作用，無任何限制作用。
實(shí)施例1將帶800μm刀片的裝置壓向一片人尸體皮膚的表皮表面，該皮置于一平的彈性橡膠表面，真皮表面朝下。用氣壓計(jì)監(jiān)測施加到該裝置上壓力的一致性。當(dāng)該裝置壓向皮膚時(shí)，用O.C.T.凍結(jié)固定方法(O.C.T.4583化合物，Tissue-Tek，可從Sakura Finetechnical Co.of Tokyo,Japan購得)固定皮膚以及由刀片產(chǎn)生的印痕。然后取下皮膚樣品、切片、染色，用于組織學(xué)評價(jià)。圖3顯示了結(jié)果。圖3中顯見用刀片處理的位置角質(zhì)層被明顯破壞，且角質(zhì)層大部分被除去。雖然所用的尖刀片的長度比角質(zhì)層厚度約大30倍，比表皮厚度(約100μm)約大8倍，但對下面的表皮或真皮沒有可見的傷害，實(shí)施例2用帶800μm的針(而不是800μm刀片)的裝置重復(fù)實(shí)施例1的步驟。將一束21號(hào)注射針固定在底臺(tái)上形成裝置，當(dāng)壓向尸體皮膚時(shí)僅露出每支針的800μm。圖4顯示了結(jié)果。這些針不但穿透了角質(zhì)層，還穿透下面的表皮，穿到真皮。另外，與實(shí)施例1中的800μm刀片相比，角質(zhì)層上被破壞的面積明顯較小。
實(shí)施例3用400μm刀片反復(fù)擦豬的皮膚20次(10次為同一方向，另10次與前一方向成垂直)，物理破壞角質(zhì)層。用中空的3.5cm×3.5cm×0.5cm的聚苯乙烯容器(每個(gè)容器的容積約為5cm3)制成兩個(gè)電極。將3cm×3cm×0.5mm的不銹鋼片粘到每一聚苯乙烯容器內(nèi)部。用從Dow Corning of Midland,MT購得的Dow Corning 355醫(yī)用粘合劑將電極固定在豬皮膚上。
用皮下注射針將胰島素溶液(如從Eli Lilly and Co.of Indianapolis,IN購得的Humulin-R(500單位/ml))注射到容器中。在約12cm2的皮膚上用4mA電流密度的直流電進(jìn)行電離子透入治療。每5分鐘人工反轉(zhuǎn)電極性，為時(shí)2小時(shí)。電離子透入治療之前、之間和之后，周期性測定豬的血液葡萄糖濃度和胰島素血清濃度。結(jié)果表明豬血葡萄糖濃度明顯減少(從140mg/dl減至30mg/dl，或減少約80％)，血清胰島素大大提高(從25升至590IU/ml)。
實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例3的步驟，但不用400μm的刀片破壞豬的角質(zhì)層，且僅進(jìn)行30分鐘反轉(zhuǎn)極性的電離子透入治療。結(jié)果表明血液葡萄糖沒有降低。因此，在電離子透入治療中胰島素沒有明顯送遞。
實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例4的步驟，但在電離子透入治療進(jìn)行前，用800μm刀片壓向患糖尿病豬的角質(zhì)層。監(jiān)測豬血葡萄糖9小時(shí)。
患糖尿病豬的血葡萄糖濃度約減少37％，從而使它們的高血糖癥狀糾正到正常值附近。雖然電離子透入治療僅進(jìn)行了30分鐘，血葡萄糖水平維持在140mg/dl以下超過8小時(shí)?？梢哉f在豬皮膚組織中形成了胰島素儲(chǔ)庫，而其可在電離子透入治療后維持較低的血葡萄糖水平。這種儲(chǔ)庫作用理論上是有益的，因?yàn)樗鼫p少了短生物半衰期藥物(通常需要頻繁給藥)的給藥頻率。
實(shí)施例6用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度200(proof)的乙醇充分地擦拭豬的皮膚，并使其干燥使皮膚滲透性增加。然后重復(fù)實(shí)施例5的步驟。監(jiān)測豬的血液葡萄糖濃度和胰島素血清濃度6小時(shí)。經(jīng)皮電離子透入治療導(dǎo)致血清胰島素濃度約為60IU/ml(1小時(shí)后)和血葡萄糖降低約50％(2小時(shí)后)。
實(shí)施例7重復(fù)實(shí)施例5的步驟，但在經(jīng)皮電離子透入治療裝置安置到皮膚前，用從Carter Wallace,Inc.of New York,NY購得的Nair洗劑(含巰基乙酸鈣)預(yù)處理豬的皮膚15分鐘，用溫水漂洗。用巰基乙酸鈣可減少角質(zhì)層彈性。用胰島素作的反轉(zhuǎn)極性的電離子透入治療進(jìn)行120分鐘。監(jiān)測豬血葡萄糖濃度和胰島素血清濃度8小時(shí)。圖11顯示了結(jié)果。經(jīng)皮電離子透入治療使血清胰島素濃度約為250IU/ml(1小時(shí)后)，血葡萄糖濃度減少30％(3小時(shí)后)。
實(shí)施例8重復(fù)實(shí)施例5的步驟，但在用刀片壓向豬皮膚前，將氰基丙烯酸乙酯涂在800μm刀片表面上。在進(jìn)行電離子透入治療前，將刀片壓在豬皮膚上2分鐘，從而使氰基丙烯酸乙酯在移動(dòng)前凝固。用胰島素的反轉(zhuǎn)極性電離子透入治療進(jìn)行120分鐘。監(jiān)測豬血葡萄糖濃度8小時(shí)。胰島素的送遞量非常大，使初始血葡萄糖濃度為180mg/dl的患糖尿病豬，血糖大大降至血葡萄糖濃度25mg/dl。
實(shí)施例9局部施用最低程度破壞的刀片裝置和脂質(zhì)體/DNA送遞系統(tǒng)后，皮膚的基因送遞和轉(zhuǎn)染。以下方法作為實(shí)施例。
(ⅰ)質(zhì)粒DNA的制備和純化用于這些研究的表達(dá)質(zhì)粒含有受巨細(xì)胞病毒(CMV)啟動(dòng)子(Clontech,Palo Alto,CA)控制的綠熒光蛋白(GFP)基因(Quantum Biotechnologies Inc.,Montreal,Quebec)。從用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化的大腸桿菌DH5-α菌株制備質(zhì)粒，在含有用重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化的大腸桿菌菌株的LB肉湯中生長，且在含有羧芐青霉素(50μg/ml)的LB肉湯中生長。用限制性內(nèi)切酶作圖和雙脫氧核苷酸測序組合證明重組質(zhì)粒中轉(zhuǎn)基因的方向。在QUIAGEN-500柱(Qiagen,Inc.,Valencia,CA)上純化質(zhì)粒DNA。然后等分的質(zhì)粒用純水重懸浮，用0.22μm過濾器(Millipore,Bedford,MA)進(jìn)行無菌過濾，在-20℃儲(chǔ)存直至使用。用1％瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳，然后通過溴化乙錠染色檢測DNA，證明所有質(zhì)粒制品的純度。用分光光度計(jì)(Pharmacia Biotech,Inc.,Piscataway,NJ)在260nm和280nm測定DNA的濃度。
(ⅱ)脂質(zhì)體/質(zhì)粒DNA制劑的制備測試的制劑包括編碼GFP的DNA的鹽水和脂質(zhì)體/DNA制劑(其編碼質(zhì)粒DNA中的GFP，且為1μg/μl)。如下制備脂質(zhì)體/DNA制劑。將等體積的質(zhì)粒DNA(濃度為6.28μg/μl)緩慢地與LipofectamineTM(Life Technologies,Inc.,Gaitherburg,MD)(濃度為2μg/μl)混合，從而制得含3.14μg/μl DNA和1μg/μl脂質(zhì)體的制劑。然后室溫培養(yǎng)該制劑40分鐘，從而在試驗(yàn)使用前能形成脂質(zhì)體/DNA復(fù)合物。加入等體積質(zhì)粒DNA(濃度為6.28μg/μl)和鹽水產(chǎn)生含3.14μg/μl DNA的制劑。
(ⅲ)體外試驗(yàn)簡單地說，從Sloan Kettering Memorial Hospital(手術(shù)2小時(shí)后)得到正常全厚高加索人胸部皮膚。除去皮下的脂肪，用無菌12mm沖孔器在皮膚上打孔。使用前，于37℃在細(xì)胞培養(yǎng)基上培養(yǎng)12mm的外植塊20分鐘。處理方案包括用30號(hào)針針刺30次表皮表面，用400μm或800μm微型刀片的裝置，或于用制劑前不加處理。將未處理的組織作為對照。
將12mm活組織置于12孔細(xì)胞培養(yǎng)板上，補(bǔ)充750μl細(xì)胞培養(yǎng)基。將孔中的組織定向，使活組織的表皮面被暴露于大氣。將真皮浸沒于細(xì)胞培養(yǎng)基。將10μl供試制劑涂于皮膚活組織表面上的9mm直徑區(qū)域5小時(shí)。將制劑涂于9mm濾器表面，非常小心地安放到皮膚表面的頂部，這樣使制劑與皮膚的角質(zhì)層接觸。5小時(shí)后移去濾紙，用細(xì)胞培養(yǎng)基漂洗皮膚表面4次除去制劑。局部給予制劑后的24小時(shí)終止試驗(yàn)。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，用培養(yǎng)基漂洗4次皮膚樣品，將組織于4％低聚甲醛中固定包埋2小時(shí)，然后在OTC培養(yǎng)基中包埋(Miles,Inc.,Elkhart,Indiana)用于冷凍切片。
(ⅳ)用免疫組織化學(xué)檢測GFP將處理過的組織包埋OTC培養(yǎng)基(Miles,Inc.,Elkhart,Indiana)中，用液氮冷凍。切片前在-70℃保藏冷凍的樣品。用低溫恒溫器(Micron,Carl Ziess Inc.,Thornwood,New York)得到連續(xù)切片(10μm)，將它們置于聚-L-賴氨酸雙涂層載玻片上。按制造商的說明用Histostain-SP DAB試劑盒(Zymed Laboratories,Inc.,Burlingame,California)處理組織切片。用初級鼠單克隆GFP抗體(Clontech,PaloAlto,CA)處理切片60分鐘。此步完成后，載玻片用蘇木精復(fù)染色，漂洗、封固定(檢驗(yàn)前)，用Nikon Optiphot顯微鏡(Nikon,Tokyo,Japan)拍照。
(ⅴ)體外介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)移中GFP的檢測本研究比較了質(zhì)粒DNA水制劑、脂質(zhì)體/DNA制劑和刀片裝置及其組合，對介導(dǎo)DNA轉(zhuǎn)染入培養(yǎng)的人皮膚中的細(xì)胞的效率。
用于這些轉(zhuǎn)染的DNA是含GFP基因的真核細(xì)胞表達(dá)質(zhì)粒(CMV)。用GFP單克隆抗體進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色檢測成功的轉(zhuǎn)染。
表Ⅰ測試的各組
所有制劑都是在臨使用前制備的，所有測試重復(fù)三次，測定介導(dǎo)質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)染入皮膚細(xì)胞的能力。
以免疫組織化學(xué)技術(shù)對染色(GFP)的皮膚切片進(jìn)行肉眼檢測，確定每個(gè)實(shí)驗(yàn)組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)染子的數(shù)量。將這些結(jié)果轉(zhuǎn)化成線性比例，在表Ⅱ中列出。
表Ⅱ中顯示的結(jié)果表明，如所預(yù)計(jì)的，沒有給予DNA的實(shí)驗(yàn)組表現(xiàn)出未轉(zhuǎn)染任何細(xì)胞(陰性對照)。但出乎意料的是，用針刺處理的實(shí)驗(yàn)組，雖然DNA已加到表面，但也沒有表現(xiàn)出轉(zhuǎn)染的細(xì)胞。即使給予含水DNA和脂質(zhì)體/DNA，未處理的實(shí)驗(yàn)組也沒有表現(xiàn)出轉(zhuǎn)染的細(xì)胞。唯獨(dú)表現(xiàn)出轉(zhuǎn)染的實(shí)驗(yàn)組是那些用刀片裝置處理并組合給予脂質(zhì)體/DNA制劑的那些實(shí)驗(yàn)組(800μm刀片的實(shí)驗(yàn)組轉(zhuǎn)染較多)。用本研究裝置處理并聯(lián)合給予含水DNA的實(shí)驗(yàn)組也沒有表現(xiàn)出轉(zhuǎn)染。表Ⅱ
這些結(jié)果表明脂質(zhì)體制劑與刀片裝置聯(lián)合能有效地使角質(zhì)層的屏障功能失效，并將質(zhì)粒DNA送遞入細(xì)胞，從而產(chǎn)生基因產(chǎn)物。
易于理解，已結(jié)合發(fā)明詳述描述了本發(fā)明，上述描述僅起說明作用，對本發(fā)明的范圍無任何限制作用，本發(fā)明受限于以下的權(quán)利要求書。其它方面、優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)都在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1．一種用于將化合物透過哺乳動(dòng)物屏障膜送遞的裝置，其特征在于，包括(a)帶接觸膜的表面的容器，所述的表面帶有多個(gè)外露的刀片和與所述的刀片相鄰的槽；(b)與所述的槽相通的用于存儲(chǔ)所述的化合物的儲(chǔ)器；和(c)與所述的儲(chǔ)器相通的電極，其中所述的刀片的寬度朝所述的表面外變細(xì)。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的槽至少相鄰于三個(gè)刀片。
3．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的表面包括多個(gè)槽，所述的槽至少相鄰于三個(gè)刀片。
4．如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的刀片的厚度朝所述的表面外變細(xì)。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，其中與所述的槽相鄰的一個(gè)刀片比其它刀片大至少25％。
6．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的刀片表面的至少一邊是彎曲的。
7．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的槽彼此之間相隔約100mm-10mm。
8．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的刀片由一種或多種不導(dǎo)電的材料制成。
9．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的刀片的邊緣是彎曲的。
10．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的刀片的高度約為100-1,500mm。
11．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，在所述的刀片的一半高度處測得的寬度與厚度的比例至少為2。
12．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的儲(chǔ)器包括與所述的電極相通的電極儲(chǔ)器；與所述的槽相通的化合物儲(chǔ)器；和與所述的電極儲(chǔ)器和所述的化合物儲(chǔ)器相通的半透膜。
13．如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述的半透膜只能通過分子量小于所述的化合物分子量的分子。
14．如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述的化合物儲(chǔ)器與所述的電極儲(chǔ)器的容積比約小于1。
15．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括與所述的電極電連接的電子控制單元，所述的電子控制單元控制通過電極的電流。
16．如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括至少一個(gè)傳感器，所述的傳感器將所探測的信息傳送給所述的電子控制單元，所述的電子控制單元按從所述的傳感器接受的信息改變通過所述電極的電流。
17．如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述的傳感器選自pH傳感器、電導(dǎo)傳感器、離子選擇性電極、電流測定傳感器和電位測定傳感器。
18．一種經(jīng)皮電離子透入治療系統(tǒng)，其特征在于，包括(a)第一電極，其包括(1)帶接觸膜的表面的容器，所述接觸膜的表面帶有多個(gè)外露的刀片和與所述的刀片相鄰的槽；其中所述的刀片的寬度朝所述的表面外變細(xì)；(2)與所述的槽相通的儲(chǔ)器；和(3)與所述的儲(chǔ)器相通的電極；(b)對電極；和(c)電子控制單元，其中所述的電子控制單元電連接于所述的電極和所述的對電極，且所述的電子控制單元控制通過所述電極的電流。
19．一種將化合物透過哺乳動(dòng)物屏障膜送遞的方法，其特征在于，包括(a)用多個(gè)相距預(yù)定間隔的刀片穿透所述的屏障膜，從而形成穿透所述的屏障膜的路徑；和(b)對哺乳動(dòng)物施加電流，使化合物通過所述的路徑穿透屏障膜；其中每個(gè)刀片朝著刀片的頂端變細(xì)。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述的方法還包括給予所述的屏障膜以滲透增強(qiáng)劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將化合物透過哺乳動(dòng)物屏障膜送遞的裝置(100),其包括(a)帶接觸膜的表面的容器(102),所述的表面(104)帶有多個(gè)外露刀片(106)和與所述的刀片相鄰的槽(108);(b)與所述的槽相通的用于存儲(chǔ)所述的化合物的儲(chǔ)器;和(c)與所述的儲(chǔ)器相通的電極,其中所述的刀片的寬度朝所述的表面外變細(xì)。
文檔編號(hào)A61M35/00GK1315877SQ99810255
公開日2001年10月3日 申請日期1999年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月31日
發(fā)明者孫鷹, R·W·奧克松, S·J·維希涅夫斯基, J·C·T·王, S·M·尼米克 申請人:強(qiáng)生消費(fèi)者公司