一种可克服耳生理屏障的微型“加农炮”递药装置的设计与评价

发布时间：2020-05-04 18:51

【摘要】：生理屏障构成人体严密的防御体系,能够防止外敌“入侵”,在人体中发挥着重要的生理功能,但也成为药物递送至靶部位所需要突破的一道关键障碍。鼓膜和圆窗膜是治疗中耳疾病和内耳疾病需要克服的重要生理屏障。目前关于克服生理屏障的研究有很多,其中纳米粒作为一种克服生理屏障的方式,因其无毒性、分子量小和增加所载物的溶解度等优点,被广泛应用于医学的许多领域,不仅能提高药物对皮肤的渗透性,也能增强药物穿过鼓膜和圆窗膜的能力。然而,纳米粒在通过膜渗透进入靶向位置时,受到其物理化学性质的限制,有一定被动性。为了将此跨膜行为从被动渗透变为主动“突破”,本文构建了一种以纳米粒为“子弹”,干化学推进剂为“燃料”,微管为“炮筒”,而水为天然无毒的“点火器”,另外有外加磁场引导“炮筒”朝向,可实现方向可控的一种靶向发射递药装置。采用层层自组装方法制备微管,主要由带正电荷的A溶液和带负电荷的B溶液通过正负电荷吸引形成聚电解质膜,制得的微管直径为5μm,长度为15μm。SEM显示微管的管壁厚度可以通过装载不同层数而控制。在微管壁中装载四氧化三铁,利用四氧化三铁纳米粒可以在磁场控制下实现线性组装,成功实现微管方向的控制。采用离子交联法分别制备了装载和不装载四氧化三铁的纳米粒,纳米粒的平均粒径为160nm左右,多分散系数(PDI)为0.102。采用溶剂熔融法制备了包载干化学推进剂(D+E)的固体分散体,以气泡释放速率为指标,分别考察了D和E的装载量。结果表明,在D为0.96g,E为0.42g时,气泡释放速率最快。在成功制备纳米粒,固体分散体和微管后,利用热胀原理实现纳米粒和固体分散体在微管中的可控装载,根据激光共聚焦逐层扫描微管结果显示,固体分散体装载的时间为10s时,纳米粒占据微管三分之二的体积;固体分散体装载的时间为15s时,纳米粒占据微管三分之一的体积。为验证微型“加农炮”发射纳米粒的能力,首先通过理论计算,证明纳米粒的运动速度为微管运动速度的23.53倍,即纳米粒可以超越微管本身实现发射。并用凝胶作为模型,测试该装置发射纳米粒的能力,根据激光共聚焦扫描结果显示,纳米粒经微型“加农炮”发射后,在凝胶表面留下大小为10μm左右的“凹痕”,表明该装置可为纳米粒运动提供一定动力。之后将该装置应用于鼓膜和圆窗膜,并通过激光共聚焦,SEM考察纳米粒穿膜能力,结果表明微型“加农炮”可打穿膜上表皮,成功在膜表面“留痕”。利用高效液相考察纳米粒跨膜后的动力学特性以及通过激光共聚焦逐层扫描考察纳米粒在膜中的逐层分布情况。结果表明,相较于圆窗膜而言,鼓膜结构特殊,最外层结构淲状上皮细胞层和最内层结构粘膜层均为紧密连接组织,故要克服此屏障,需要微管与磁场双驱动作用力。而圆窗膜经实验证明仅通过微管作用力即能实现快速穿膜,与纳米粒溶液本身相比,结果具有显著性差异。并从中得到微管相较于纳米粒组而言,其更大的优势在于能够在外上皮层作为“储库”,克服纳米粒本身易流失的缺陷,实现纳米粒的持续递送。通过光学显微镜和SEM对膜恢复进行了考察,其中鼓膜组同时比较了其与临床鼓室注射的恢复时间。结果表明,微型“加农炮”所造成的鼓膜创伤在24h时基本能够完全恢复,而临床鼓室注射组在24h时所造成的创伤无明显改变。微型“加农炮”所造成的圆窗膜创伤在12h时基本能够完全恢复。证实了微型“加农炮”生物相容性较好,具有对膜本身造成的伤害小,膜愈合时间快速的优点。综上所述,本文制备的微型“加农炮”装置可以成功突破膜上皮层,纳米粒在上皮层作为“储库”,实现持续递送,极大的提高了纳米粒的递送效率。该装置的设计为中耳和内耳疾病的治疗提供一种新的输送平台,为临床上克服体内生理屏障提供一种新的思路。
【图文】：

解剖结构,给药

目前治疗内耳疾病的方法除了听力障碍患者佩戴助听器和移植人工耳蜗善听力外[9]，还有药物治疗，如利用糖皮质激素治疗突发性感觉神经性耳聋[过注射庆大霉素治疗梅尼埃病等[11]。药物治疗时可以通过全身给药和局部给种给药方式将药物递送到内耳，但由于血迷路屏障的存在使药物很难在内到治疗浓度，大剂量给药又有严重的副作用，限制了全身给药的临床应用。全身给药，局部给药这种可在内耳中达到有效治疗浓度且具有较低的全身副的给药方式正逐渐得到重视[12]。目前局部给药主要分为两类：鼓室内给药和内给药。鼓室内给药的原理在于利用中耳作为药物贮库，药物扩散通过圆窗入内耳。鼓室给药具有能延长药物在中耳内的滞留时间和在内耳中达到有效疗浓度等优点，但存在圆窗膜这一生理屏障影响药物从中耳到外耳的转运给药过程中对鼓膜也有一定的损伤。耳蜗内给药可以使药物直接进入耳蜗，了中耳屏障，克服了药物在跨膜扩散为途径的治疗局限性，但耳蜗内给药对造成的创伤更大，在注射过程中药物易从耳蜗泄漏，，而且量不易控制，若高的药物直接注入到耳蜗可能会对耳蜗内某些细胞造成伤害。

鼓膜,粘膜层,屏障,鼓室粘膜

理屏障：鼓膜和圆窗膜构成人体严密的防御体系，在人体中发挥着重要的生生理屏障-鼓膜，为一层具有弹性的灰白色的半透明开[13]。鼓膜距离外耳道约 2.5-3.5 厘米，厚度大约有虽然较小，但其却由三层组织结构构成，最外层的结外耳道的皮肤相延续；中间结构层为纤维组织，由呈织构成（外侧为放射状，内侧为环状），是鼓膜抵抗层结构为粘膜层，其与鼓室粘膜相延续[14]。鼓膜可分周边略厚，多借助纤维软骨环嵌附于其周围的鼓沟内鼓膜，此处无纤维层，较松弛，故名松弛部，具体穿孔后，最外层的淲状上皮细胞层及最内层的粘膜层能力[15]，故通过鼓膜穿刺给药会造成鼓膜中层不可逆物治疗中耳疾病时，需要寻求一种更加安全有效的递
【学位授予单位】：广东药科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943

【参考文献】