经皮给药系统促渗新技术新方法的研究进展

何金英,张永萍,2,3

(1.贵州中医药大学药学院,贵州 贵阳 550025;2.贵州省民族药经皮给药工程技术研究中心,贵州 贵阳 550025;3.国家苗药工程技术研究中心,贵州 贵阳 550025)

皮肤作为抵御外部恶劣环境威胁的屏障,具有较大的表面积，为经皮给药提供了充足的条件。但皮肤角质层致密的“砖-墙”结构导致经皮吸收效率低、进入体循环的药物少、生物利用度低等问题[1-2]，因此突破角质层屏障是经皮给药的一大挑战。研究表明，纳米制剂、中药挥发油促渗及物理促渗等手段可以增加药物的经皮吸收，制剂创新作为经皮促渗的新手段,立方液晶、微乳等纳米载体新剂型通过增加药物溶解度、扰乱脂质排列顺序等促进药物经皮吸收[3-4];中药挥发油具有药辅合一、毒性较经典化学促渗剂氮酮小、天然且易获取等优点,其强脂溶性的倍半萜成分可能与角质层脂质结合后扰乱排列顺序增加药物透过[5];随着物理促渗新技术的不断发展,出现的微针和纳米晶片在皮肤角质层产生实质性通道[6],药物直接穿越角质层递送到皮下组织中,利用负压促渗技术，即负压打乱角质层脂质与角质细胞之间的排列顺序加速药物的递送。本文从纳米载体促渗、中药挥发油促渗及物理促渗这3个方面进行总结与展望,以期为经皮给药促渗新技术新方法应用提供参考。

1 纳米载体促渗

纳米载体作为第四代经皮给药系统通过控制纳米载体的柔韧性、形状和大小可将药物递送到皮肤组织[7]。其促渗机制包括纳米载体在皮肤表面形成一层脂溶性膜增加皮肤水合作用、与皮肤脂质作用以增强角质层流动性、溶解和提取角质层蛋白或脂溶性成分[8]。

1.1 立方液晶

立方液晶(Cubosomes,Cubs)是指两亲性脂质分子分散在水中自发组装形成的含双连续水区和脂质区的闭合脂质双层“蜂窝状(海绵状)”液晶结构[9]。立方液晶载体促渗机制可能是通过扰乱了皮肤角质层结构的有序性使药物更容易通过角质层[10-11],其促渗作用机制见图1。

图1 立方液晶促渗作用

Chu等[12]制备同时负载亲水性盐酸青藤碱和脂溶性肉桂醛立方液晶,通过衰减反射傅里叶变换红外光谱分析发现含脂溶性肉桂醛立方液晶可扰乱皮肤角质层脂质排列,降低脂质结构密度,增加角质层细胞间距,促进药物吸收。曾天颖等[13]研究栀子苷立方液晶凝胶与软膏的体外透皮性能与流变性,结果表明栀子苷立方液晶的流变学参数良好,黏度与透皮性能优于软膏且结果更为稳定。单倩倩等[14]采用植物醇-卡必醇-水3组分体系制备雷公藤甲素立方液晶,结果表明该立方液晶外观良好、流变性适宜,体外透皮积累量及渗透速率均优于雷公藤甲素凝胶。王丽峰等[15]将光甘草定制备成脂质体与立方液晶纳米粒,通过测定2种纳米制剂在离体豚鼠皮肤中的滞留量优选适合光老化经皮给药制剂,结果表明立方液晶纳米粒凝胶的滞留量较大,能提高光老化皮肤的含水量。评价雷公藤内酯立方液晶与凝胶剂的透皮性能与对类风湿性关节炎的治疗作用,结果显示雷公藤内酯立方液晶的透皮累计透过量与抗类风湿性关节炎均优于雷公藤内酯凝胶剂[16]。

立方液晶虽然具有黏附性好、热力学稳定及多样性药物包载能力等特点,但制备立方液晶的载体材料少,且多采用离体透皮评价其促渗效果,缺乏在体透皮性能及对皮肤的影响研究。

1.2 微乳

微乳是由油相、水相、乳化剂及助乳化剂共同形成一种低黏度、光学及热力学稳定的溶液体系,分类有W/O型、O/W型、W/O/W型及O/W/O型。其促渗作用机制[17-18]为:①提高难溶性药物的溶解度、增大药物的浓度梯度；②经皮肤附属器透过皮肤；③油相及乳化剂作为化学促渗剂;④影响皮肤角质层脂质双层结构(图2)。Shen等[19]将天南星总黄酮制备成微乳,克服其水溶性差的问题,促进皮肤渗透性。Zhang等[20]研究表明乌头碱在微乳的载体作用下,体外渗透性显著增强,在体微透析显示皮下局部浓度在30 min到达峰值,微乳组AUC0-t显著高于水溶液组。Zhang等[21]以相同基质制备乌头碱脂质体与乌头碱微乳,考察两种剂型透皮性能,结果表明乌头碱微乳透皮通量大于脂质体,在体实验发现这两种制剂可以松弛角质层并增加皮肤表面裂缝,增强乌头碱的透皮递送。Theochari[22]以猪耳朵作为模型,采用胶带剥离法探究苯并噻吩类似物微乳促渗作用,结果表明该微乳与皮肤毛囊亲和性高,提示微乳可经过皮肤附属器透过皮肤。

图2 微乳促渗作用

微乳凝胶的出现解决了微乳黏附性差、不易涂展性及难以长时间滞留皮肤等缺点[17],但微乳凝胶的理论基础尚不成熟,因此完善微乳凝胶理论体系显得尤为重要。颜梅等[23]制备高载药量、高黏附性的丁香微乳凝胶,以提高丁香酚的透皮性能和生物相对利用度,体外经皮渗透试验表明微乳凝胶经皮累计渗透率大于丁香对照品溶液和丁香微乳,且具有更好应用性和稳定性。

2 中药挥发油促渗新方法

中药挥发油对于皮肤角质层的作用符合辛味散结、开腠理的作用特点,辛能行血、行气,提示辛味中药挥发油作用皮肤后可增加皮肤通透性[24]。《本草经疏》有“五味之中,惟辛通四气,复兼四味”,说明四气药性特征与辛味中药挥发油透皮吸收促进效果可能存在密切关系。研究表明以热性、温性及凉性中药的透皮效果较好,而热性中药挥发油的体外皮肤细胞毒性显著高于温性中药挥发油,但两者在体皮肤刺激性没有显著性差异,并且远低于经典的化学促渗剂氮酮[25-26]。

2.1 辛热中药挥发油

辛味热性中药挥发油中脂溶性强的倍半萜组分通过干扰角质层细胞间脂质的排列,降低皮肤电阻将药物递送到皮肤角质层屏障内[27],促渗作用机制见图3。

图3 挥发油促渗作用

研究表明肉桂油的透皮增强比值为2.63,大于氮酮(1.97),皮肤毒性小于氮酮,ART-FTIR红外光谱分析发现肉桂油通过与脂质作用,干扰脂质排列顺序[28]。苏曼等[26]采用皮肤电阻动力学实验和体外布洛芬透皮实验比较生姜与干姜挥发油透皮吸收促渗能力,结果表明干姜挥发油透皮吸收促渗能力大于生姜挥发油;ART-FTIR红外分析表明挥发油通过对皮肤层脂质的提取达到促渗作用;两者细胞毒性均远低于化学促渗剂氮酮,GC-MS成分分析显示干姜挥发油的倍半萜类成分比例高于生姜挥发油,透皮后皮内的倍半萜类成分比例也高于生姜挥发油。

2.2 辛温中药挥发油

辛温中药挥发油透皮吸收效果低于辛热中药挥发油,但在临床研究中应综合考虑到“药辅合一”的原则,而不是盲目追求最大促渗作用。姚俊宏等[29]以水蒸气蒸馏法提取得到香附四物汤全方挥发油和当归油、川芎油、木香油、香附油等4种组方药材挥发油,采用GC-MS分析挥发油成分,通过皮肤电阻法比较全方挥发油和各组方挥发油的透皮促渗效果,以人角质形成细胞HaCaT评价挥发油的皮肤细胞毒性，结果表明香附四物汤全方挥发油以藁本内酯为其最主要成分,含量为43.54%,各组方药材与香附四物汤全方均有较强的促渗作用,以全方组成促渗作用较强,是氮酮的2倍,且毒性低于氮酮。

2.3 辛凉中药挥发油

薄荷油作为常用的促渗剂之一,性凉味辛。谢伟杰等[30]采用体外透皮扩散动力学模型、以HPLC进行定量筛选吲哚美辛水凝胶贴剂的化学促渗剂,比较薄荷油与氮酮特点,结果表明3%氮酮、5%氮酮、7%薄荷油可作为参比化学促渗低、中、高组,薄荷油作为天然经皮化学促渗剂具有明显剂量依赖性,同时能明显降低氮酮存在的药物经皮时滞,促渗强度高。王景雁等[31]基于经皮微透析技术,以川芎嗪和葛根素为模型药评价薄荷挥发油发挥促渗作用,结果表明低浓度薄荷油对亲脂和亲水性药物没有明显经皮促渗作用,仅在较高浓度条件下对亲脂性药物表现促渗作用,提示薄荷油主要与药物热力学活性有关。

辛热中药挥发油体内外细胞毒性存在差异,其可能原因是倍半萜类成分贮库效应,在体外直接作用于皮肤角质形成细胞,而在体时该类成分干扰皮肤角质层脂质,贮存在没有活性细胞的角质层[32]。中药挥发油促渗剂毒性小、具有药辅合一的作用,但是其作用机制有待完善,研究仅仅局限于离体透皮促渗实验方面,在体透皮的作用机制涉及较少,因此在后续研究中应充分考虑在体透皮时对皮肤脂质、经皮失水率、温度、局部血流量等影响,才能全方位多角度了解中药挥发油的促渗作用机制,为开发中药挥发油促渗剂提供参考。中药及其主要挥发油成分见图4。

图4 中药及其主要挥发油成分

3 物理促渗新技术

3.1 纳米晶片

纳米晶片由99.999 9%的高纯度单晶硅制作而成,针尖直径为纳米级,约为头发丝直径的千分之一,作为新型物理促渗方法,王帅等[33]探究其对双氯芬酸钠凝胶渗透性皮肤效果影响,结果表明纳米晶片组的累计释放量和吸收速度均大于化学促渗剂氮酮组,但无显著性差异,病理切片显示经纳米晶片处理的皮肤存在实质性通道。张瑞雪等[34]采用扫描电镜观察纳米晶片处理后的皮肤表面孔道的存在和闭合情况,发现该孔道在20 min左右可闭合;以0.125%荧光素钠作为模型药,在荧光显微镜下发现经过纳米晶片处理过的大鼠皮肤的荧光强度大于不作处理的大鼠皮肤的荧光强度。纳米晶片类似于微针,其凸点较微针短,作用深度受限,可能会导致治疗效果较微针差。见图5。

图5 纳米晶片促渗作用

3.2 微针

微针是一种具备皮下注射与透皮贴剂特点,采用微电子机械工艺技术制作,尺寸为微米级,呈针状的复杂结构[35]。微针促渗作用机制是利用针尖打开皮肤通道,使针尖与背衬层药物直接进入皮肤中,促渗作用见图6。陈鑫等[36]采用两步离心法制备的雷公藤甲素自溶性微针呈四棱锥形,表面平整,离体透皮显示24 h后该微针中雷公藤甲素的累计释放量达到80%而游离药物透过很少,这提示微针对雷公藤甲素透皮递送具有良好的促进作用。Jing等[37]制备角质形成细胞膜包被的紫草素聚合胶束,再将该聚合胶束制备成微针,利用微针产生微通道,无痛可逆将药物输送到皮肤,可显著抑制银屑病恶化。

图6 微针促渗作用

微针作为经皮给药物理促渗新技术,它实现无痛给药、成本低、提高药物生物利用度、降低药物毒性,但微针载药量小、易变形断裂、长时间使用微生物从开放通道进入组织诱发炎症、感染,因此在研究过程中不仅仅要考察微针带来的治疗效果还应关注微针对皮肤造成的伤害,提高微针的应用价值。

3.3 负压促渗

付罐疗法(Fu's cupping therapy,FCT)是利用负压对皮肤处理,使皮肤以及皮肤下结构产生机械物理及生物化学变化,从而减少皮肤的屏障功能,增加药物透过率,由此产生一种新型经皮给药物理促渗技术(图7)[38]。徐剑等[39]通过正交试验考察罐法、压力、罐疗时间对延胡索乙素贴剂透皮吸收的影响,结果表明付罐能显著提高延胡索乙素贴剂的透皮吸收,其可作为一种新的物理促渗方法。Yanyan-Miao等[40]评价FCT对8种不同分子质量药物的透皮促渗作用,结果表明与3%、5%氮酮和3%、5%薄荷油促渗剂相比,FCT除了能显著提高两种大分子药物(人参皂苷Rg1和三七皂苷R1)的透皮吸收外,还能显著提高所选LogP模型药物的透皮吸收能力。Xie等[41]建立吲哚美辛亲水凝胶贴剂的体外经皮渗透的6种动力学模型,评价FCT体外经皮促渗作用与特点,结果表明FCT促渗处理组能明显提高吲哚美辛的透皮吸收,改善体外透皮的Higuchi级与Weibull级动力学参数,提高透皮速率和渗透系数,降低时滞。Lallow等[42]在大鼠皮肤注射严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-COV-2NDA)的DNA疫苗后,在注射部位施加负压,结果表明施加负压组在皮肤约400 μm处的疫苗含量远大于不施加负压组,这项研究提示负压可提高疫苗的经皮递送。

图7 负压促渗作用

负压作为物理经皮给药促渗新技术,效果明显,具有中医特色和重要临床应用价值,但是其促渗作用机制尚未完善,在今后研究中应关注在负压的作用下,药物在各皮肤层(角质层、颗粒层、基底层)含量的变化情况,重视在负压作用下各皮肤层脂质、水分、离子、蛋白的变化情况,完善其促渗作用机制,扩大临床应用范围。

4 总结与展望

经皮给药促渗方法与技术的发展,为扩大经皮给药药物范围和保障疗效提供了新策略,但促渗技术存在的缺陷也是亟需克服和解决的。从上述可知,微针促渗与纳米晶片均可直接作用于皮肤,使皮肤产生通道达到药物的递送,而纳米晶片对皮肤伤害较小,但其凸点短小导致起效慢,因此可将两者联合以改善彼此缺陷;微乳的增溶及与毛囊的亲和性,可加速药物经皮吸收;立方液晶与中药挥发油均能与脂质作用,通过扰乱皮肤角质层有序的“砖-墙”结构促渗;付罐促渗则主要是利用负压对皮肤的物理作用扰乱皮肤角质层结构,使该结构松弛不紧密,缩短药物经皮吸收的途径,从而促进药物经皮吸收。

随着中药挥发油促渗剂的开发应用,其药辅合一特性,使其在单味或复方中药经皮给药中优势凸显,但是目前尚未对挥发油促渗作用机制进行系统研究,采用激光共聚焦显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱、微透析等技术手段,研究中药挥发油促渗化学成分对皮肤脂质、皮肤蛋白与细胞因子的影响。将付罐物理促渗新技术与穴位给药联合,将大幅度提高外用制剂药物疗效,也为中医药国际化带来新的机遇。