跨組織層遞送分子的方法和裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求于2013年9月27日提交的名稱為METHODS AM) APPARATUS FOR DELIVERY OF MOLECULES ACROSS LAYERS OF THE SKIN的美國臨時專利申請序號61/883， 701的權益和優(yōu)先權。該申請在此通過引用將其全部內容并入本文。
技術領域
[0003] 本發(fā)明總體上涉及使用非熱等離子體使分子能夠跨組織(包括皮膚的層）的細胞 內或細胞間運輸或增強分子跨組織(包括皮膚的層）的細胞內或細胞間運輸?shù)姆椒ê图夹g 方案;更特別地用于在皮膚或組織內開孔并且使一種或多種分子跨皮膚或組織的層運輸以 進行深部組織消毒;遞送疫苗、藥品和化妝品；改善皮膚健康等的方法和技術方案。
[0004] 發(fā)明背景
[0005]經皮遞送是局部的，非侵入性的并具有使藥物和其它分子持續(xù)并受控釋放的可能 性。此外，經皮藥物遞送避免了首過代謝，其在藥物到達循環(huán)系統(tǒng)之前降低了藥物濃度。此 外，經皮吸收使胃腸道刺激的風險最小化，使和胃腸外施用相關的疼痛和其它并發(fā)癥最小 化。
[0006] 但是，經皮遞送需要分子通過皮膚。圖1示出了皮膚100的各層。皮膚100的外層是 角質層（"SC"）102 AC 102由死的，扁平的和富含角蛋白的細胞(稱為角質細胞)組成。這些 致密細胞被細胞間脂質（即神經酰胺、游離脂肪酸、膽固醇和膽固醇硫酸酯）的復雜混合物 所包圍。分子跨越SC的主要擴散途徑似乎為分子間的。皮膚的其余層是表皮（活性表皮 (viable epidermis)) 104,真皮106和皮下組織108〇
[0007] 僅一小部分化合物可以經皮遞送，因為皮膚100具有阻礙性質，即高親脂性的SC 102,其阻止分子滲透入皮膚。其結果是，只有分子量(Mff)小于500Da的分子可以局部或經皮 施用。通常，對于藥物應用而言，當目標是局部皮膚病治療、經皮全身治療或疫苗接種時，新 型化合物的開發(fā)被限于小于500Da的分子量。此外，大多數(shù)藥物跨皮膚的運輸是非常慢的， 達到穩(wěn)態(tài)通量的滯后時間是以小時測定的。因此，在不人為提高皮膚滲透的情況下達到治 療有效的藥物水平是困難的。
[0008] 已經開發(fā)了許多化學和物理增強技術以試圖以可逆方式折衷皮膚屏障功能。可以 將這些嘗試劃分為被動和主動方法。
[0009] 增強經皮藥物遞送的被動方法包括使用載體如軟膏、乳膏、凝膠和被動貼片技術。 此外，也有人為損壞屏障以改善活性物質滲透的其它被動方法，例如微針法，其在皮膚內產 生大約100-200μπι深度的小孔以改善滲透。能夠使用這些方法遞送的物質的量是有限的，因 為皮膚的屏障性質沒有被從根本上改變。
[0010] 增強經皮藥物遞送系統(tǒng)的主動方法包括使用外部能量來充當驅動力和/或用以降 低SC屏障阻力并增強藥物分子向皮膚內的滲透。離子電滲療法和電穿孔是主動的經皮藥物 遞送系統(tǒng)的兩種常見方法。
[0011] 離子電滲療法是通過應用電流來增加帶電藥物向皮膚內滲透的方法。遞送的化合 物的量與通過的電荷量成正比；即其依賴于所施加的電流、電流應用的持續(xù)時間和與活性 電極室所接觸的皮膚表面積。離子電滲療法的優(yōu)點包括起效時間改善，也包括更快速的結 束時間，也就是說，一旦電流被切斷，則沒有化合物的進一步運輸。
[0012] 為了使用離子電滲療法遞送藥物，在與藥物具有相同電荷的電極下施加藥物，并 且將具有相反電荷的回路電極置于人體表面。施加適當時間長度的低于患者疼痛閾值水平 的電流。因為相似電荷彼此排斥，電流增加了藥物向表面組織內的滲透，且不改變SC的結 構。離子電滲療法主要通過皮膚內的現(xiàn)有路徑(如毛囊和汗腺)輸送藥物。當在長的時間段 內期望低水平的遞送時，通常使用離子電滲療法。離子電滲療法涉及使用相對較低經皮電 壓（〈100V)。
[0013] 藥物通過離子電滲療法的經皮吸收是受藥物濃度，藥物極性，供體溶液pH，離子競 爭，離子強度，電極極性等的影響。離子電滲療法因為使用電接觸皮膚(其可能導致患者不 適，肌肉收縮，疼痛，有時甚至是皮膚損傷和燒傷)而具有安全問題。
[0014] 電穿孔是用于經皮藥物遞送的方法，其由向皮膚施加高電壓脈沖組成。所施加的 高電壓起著雙重作用。首先，其產生了用于增強藥物滲透性的新路徑;第二，其提供電力以 驅動類似帶電的分子通過新產生的孔。電穿孔通常用于細胞膜的單層磷脂雙層。然而，已經 證明，皮膚電穿孔是可行的，即使SC含有具有磷脂且沒有活細胞的多層的細胞間脂質雙層。
[0015] 皮膚電穿孔需要高經皮電壓（~100V或更高，通常>100V)。在經皮電穿孔中，對皮 膚所施加的電脈沖的主要電壓降跨SC建立。該電壓分布導致SC的電擊穿（電穿孔）。如果所 施加的脈沖的電壓超過約75至100V的電壓閾值，則通過SC的擊穿部位建立了微通道或"局 部輸送區(qū)域"。
[0016] DNA導入是電穿孔最常見的用途。分離細胞的電穿孔也被用于（1)引入酶，抗體以 及其他生化試劑以進行細胞內檢測；（2)在許多更小細胞的存在下選擇性生化加載一種尺 寸的細胞；（3)引入病毒和其他顆粒；（4)在無毒條件下殺滅細胞;和(5)使膜大分子插入細 胞膜內。
[0017] 與皮膚/組織接觸的電極的存在和以這種方式向皮膚/組織內遞送電流導致患者 不適，肌肉收縮，疼痛，有時甚至是皮膚損傷和燒傷。此外，電穿孔?；ㄙM數(shù)小時(例如6至24 小時）以經皮驅動治療量的藥物或其它分子。
[0018] 題目為"Method to Facilitate Directed Delivery and Electroporation Using a Charged Steam"的美國專利8,455,228號提及"按照本發(fā)明的方法和裝置有效地 使用電場調節(jié)靶分子的電化學電勢，由此通過擴散運輸機理提供靶分子進入和/或跨組織 的分子運輸"。該'228號專利公開的第一實施方式具有介電性質以確保其將保持足以極化 包含在容器內和多個電穿孔施加器內的帶電實體的電荷。'228號專利的公開內容有一些不 足。首先，其要求分子可被極化或帶電；第二，其需要電穿孔施加器;第三，該分子在過程中 與等離子體接觸，其可能改變分子結構，引起不良的結果。
[0019] '228號專利還公開了第二實施方式，其采用具有圍繞內部腔室的基環(huán)的等離子射 流。該公開涉及如下裝置:其在內部腔室內含有懸浮在流體中的細胞并且促進細胞攝取;或 皮內注射質粒和使注射部位暴露至等離子體。
[0020] 美國專利公開號2014/0188071公開了一種向皮膚施加物質和向相同區(qū)域施加等 離子體的方法。'071公開文本公開了持有藥物的開孔泡沫，水等，并通過開孔泡沫施加等離 子體。通過開孔泡沫施加等離子體和使藥物接觸等離子體可能改變藥物的分子結構，并導 致不希望的副作用和/或使藥物失效。
[0021] 美國專利公開2012/0288934公開了一種等離子體射流，并且活性物質通過等離子 體射流的氣流被施加至皮膚并通過屏障門（已通過等離子體打開)運送到活細胞區(qū)域。通過 等離子體射流的氣被施加活性物質可能改變活性物質的分子結構，并導致不希望的副作用 和/或使活性物質失效。
[0022] 發(fā)明概述
[0023] 本文公開了將分子遞送或移動到皮膚內的方法，該方法包括:通過向皮膚表面施 加等離子體而在皮膚內打開孔；向皮膚表面施加載體，所述載體具有分子量大于500Da的一 種或多種分子；以及將分子運送通過孔到達期望的深度。
[0024] 此外，本文公開了增強滲透的方法，其通過向皮膚表面施加等離子體而在皮膚內 打開孔;然后向皮膚表面施加載體，所述載體具有分子量小于500Da的一種或多種分子；以 及將分子運送通過孔到達期望的深度。
[0025] 此外，本文公開了通過皮膚遞送分子的方法，其通過向皮膚表面施加等離子體而 在皮膚內打開孔；向皮膚表面施加載體，持續(xù)預定的時間量，所述載體具有分子量大于 500Da的一種或多種分子;然后再施加等尚子體。
[0026] 本文公開了向皮膚施加消毒劑的示例性方法。一個示例性方法包括:將等離子體 施加至皮膚表面，以在皮膚內打開可逆的孔;然后向皮膚表面施加消毒劑；以及運送消毒劑 通過孔到達期望的深度。
[0027] 本文公開了經皮藥物遞送的示例性方法。一個示例性方法包括:將等離子體施加 至皮膚表面以在皮膚內打開孔;然后向皮膚表面施加藥物；以及運送藥物通過孔到達期望 的深度。
[0028] 本文公開了經皮疫苗接種的示例性方法。一個示例性方法包括:將等離子體施加 至皮膚表面以在皮膚內打開孔;然后向皮膚表面施加疫苗；以及運送疫苗通過孔到達期望 的深度。
[0029] 本文公開了治療痤瘡的示例性方法。一個示例性方法包括：用等離子體處理皮膚 上痤瘡的一個或多個部位，然后將抗微生物劑施加至痤瘡的一個或多個部位。<