基于丝素蛋白的微针及其制造方法技术

微针或微针装置包括微针针体，所述微针针体由底部延伸至穿透顶端，所述微针或微针装置由易于制造并具有高度生物相容性的、基于丝素蛋白的材料形成。所述微针装置可包括设置于基底的一个或多个微针。所述丝素蛋白可包含待运输进入或穿过生物屏障（如皮肤、组织和细胞膜）的活性试剂。丝素蛋白微针可为完全或部分可生物降解的和/或可生物蚀解的。所述丝素蛋白高度稳定，能承受室温储存、并且是可植入的。可对丝素蛋白结构进行调节，以控制活性试剂的递送速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于丝素蛋白的微针及其制造方法相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2010年10月19日提交的美国临时申请No.61/394,479的优先权，以引用的方式将其内容整体并入本文。政府支持本专利技术是在由美国围立卫生研究院授予的基金号EB002520、由美国空军科研办公室(AirForceOfficeofScientificResearch)授予的基金号FA9550-10-1-0172、以及由美国国防高级研究计划局(DefenceAdvancedResearchProjectsAgency)授予的基金号W911-NF-07-1-0618的联邦政府支持下完成的。美国政府对本专利技术享有一定的权利。
本专利技术大体上涉及微针(microneedle)和微针装置、以及制造和使用所述微针和微针装置的方法。
技术介绍
经皮给药由于使用方便并能避免高分子在胃肠道内降解，可作为用于药物和疫苗递送的有效途径[1]。对于经皮药物递送，微针已经成为皮下注射针的安全且相对无痛的替代品。然而，制造微针中使用的传统材料(金属和合成聚合物)伴随有多种限制，这影响了其生产和性能。一种现有的微针技术利用可溶性聚-丙交酯-共-乙交酯(PLGA)聚合物微针针体(microneedlebody)，所述针体装载有微颗粒(PLGA或羧甲基纤维素)(该微颗粒装填有感兴趣的药物)以提供药物缓释[2]。然而，这一微针系统的制造方法构成了限制，因为聚合物熔融温度高于135℃并且处理过程需要真空，而这些条件可能对多种温度敏感性药物不利，特别是多肽和蛋白质。最近开发的微针系统通过用包含流感疫苗的聚合物(羧甲基纤维素、LutrolF-68NF和D-(+)-海藻糖脱水物(dehydrate)的混合物)涂覆固体金属微针结构的方式[3]，而得以使用室温处理。虽然引入的疫苗的活性可在处理期间部分保留[4，5]，然而与大容量负载型(bulkloaded)结构相比，微针药物装载的涂覆方法仅提供了小的体积来包容(entrap)治疗物质。此外，基于金属的微针系统具有影响其功能的限制，例如，如果应用不当，存在破裂的风险[6]，而如果细小金属结构残留在皮肤内，则存在炎性响应或感染的可能。已经由生物相容且可溶的物质(例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和碳水化合物)制造出了大容量负载型微针[3，7]。由于这一可溶性系统的大容量负载，可给予相对较大的剂量。所述聚合物可在室温下固化。然而，虽然在处理期间可避免由高温引起的药物降解，由紫外线引起的固化可影响引入的药物的活性。另外，使用这些聚合物微针系统时，对药物释放动力学的控制有限。由于聚合物微针迅速溶解，目前已实现了相对短期的爆发递送。因此，对于生物相容性的、坚固的(robust)且有效的药物递送微针以及制造此类微针的改进方法，仍存在着强烈需求。
技术实现思路
微针可以是高效、使用简便且相对无痛的，但目前受困于多种限制：如不能精确控制药物的释放动力学、受限的载药量、在处理条件下药物活性降低或失活、以及在针-皮肤界面上局部感染的发作。为了这一目的，本专利技术人已经开发了生物相容性的、基于丝素蛋白(silkfibroin)的微针，所述微针在机械上坚固、在微针中使活性试剂的活性稳定、并针对受控药物释放行为而使得所述微针能够程序化降解。此外，由于活性试剂(如抗生素)可在基于丝素蛋白的微针中稳定，因此也能有利于对注射位点处的感染进行控制。因此，本专利技术的方面提供了基于丝素蛋白的微针和微针装置，所述基于丝素蛋白的微针和微针装置用于穿过生物屏障(例如皮肤、组织或细胞膜)运输或递送活性试剂，所述活性试剂包括药物和生物分子；以及制造和使用所述基于丝素蛋白的微针和微针装置的方法。在一方面，本文提供的是包含丝素蛋白的微针，其中，所述微针包含例如按照预先确定的距离由底部(base)延伸(extending)至穿透顶端(penetratingtip)的微针针体。基于生物屏障的类型和/或用户的需求或应用，穿透顶端的直径可为任意大小。在一些实施方式中，穿透顶端的尺寸(dimension)(例如直径)可为约50nm-约50μm，例如，包括约200nm-约40μm、或约300nm-约30μm。在一些实施方式中，穿透顶端的尺寸(例如直径)可为小于500nm-约2μm。在一些实施方式中，穿透顶端的尺寸(例如直径)可为约300nm-约30μm。在一些实施方式中，穿透顶端的尺寸(例如直径)可为大于50μm或小于50nm。可选择微针针体的长度以将穿透顶端置于与底部相距预先确定的距离处，从而提供达到预先确定的深度的组织穿透，以递送活性试剂。在一些实施方式中，丝素蛋白微针的针体长度可为约15μm-约1500μm、或约200μm-约800μm。在多个实施方式中，基于丝素蛋白的微针可进一步包含至少一种附加物质，其中，所述附加物质可分散于整个微针或者形成微针的一部分。所述附加物质可为造孔剂(pore-formingagent)、结构组件、生物传感器、或用于释放的活性试剂(任选地具有附加的赋形剂或佐剂)。在某些实施方式中，基于丝素蛋白的微针可进一步包含活性试剂，例如，疫苗、抗生素、激素、肽、抗体和抗体样片段。在此类实施方式中，在储存或运输时，当将所述微针在高于0℃的温度下(例如，约为室温下)保存至少约24小时或更久时，所述活性试剂可维持其初始生物活性的至少约30％。因此，本文还提供了用于储存和递送至少一种活性试剂的微针。此类微针包含至少一种活性试剂和丝素蛋白，其中，所述微针具有底部和穿透顶端(其顶端直径为约50nm-约40μm)；其中，当将所述微针在高于0℃的温度下保存至少约24小时时，所述活性试剂维持其初始生物活性的至少约30％。在一些实施方式中，所述活性试剂为免疫原，例如疫苗。在某些实施方式中，在至少约24小时或更久的时间内，可由给药将至少约10％或更多的分散于微针中的活性试剂释放入生物屏障中。本文提供的另一方面为包含基底(substrate)和一个或多个本文所述的丝素蛋白微针的微针装置，其中，所述丝素蛋白微针整合至或附着至所述基底，并从所述基底延伸出；并且每一丝素蛋白微针包含底部和穿透顶端。微针的底部可安装在基底上或形成基底的一部分(可为刚性或柔性)，例如，处于薄膜的形式，以与治疗位点处的表面相顺应(conformto)。在一些实施方式中，本专利技术的微针装置可包含基底和一个或多个丝素蛋白微针，所述丝素蛋白微针优选以预先确定的距离从所述基底中突出(projecting)。在一些实施方式中，每一微针可从基底延伸出相同距离或不同距离，因此可在单个装置中提供具有恒定或变化的微针穿透深度的预先确定的分布(predefinedprofile)。可选择各微针针体的长度以将穿透顶端置于与底部相距预先确定的距离处，从而提供达到预先确定的深度的组织穿透，以递送至少一种活性试剂。可将多个微针以随机图案(pattern)或预先确定的图案(如阵列)排列。可根据所需的治疗模式和治疗位点的特征选择微针之间的距离和多个微针的排列方式。微针可以是可生物降解的、可生物蚀解的(bioerodibel)，或者也可被设计成微针的至少一部分被留在所穿透的组织中。一般来说，微针的底部和针体具有与顶端相同的直径或大于顶端的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.19 US 61/394,4791.一种丝素蛋白微针，其中，所述微针具有底部和穿透顶端，所述穿透顶端的形状的最宽测量值为50nm-50μm。2.如权利要求1所述的丝素蛋白微针，其中，所述穿透顶端的形状的最宽测量值为200nm-40μm。3.如权利要求1所述的丝素蛋白微针，该微针进一步包含至少一种活性试剂。4.如权利要求3所述的丝素蛋白微针，其中，所述活性试剂选自于由下列试剂组成的组：蛋白质、免疫原、酶、核酸、小分子、细胞、激素、治疗剂、诊断剂，以及上述试剂的任意组合。5.如权利要求4所述的丝素蛋白微针，其中，所述免疫原为病毒、细菌或以上试剂的组合。6.如权利要求4所述的丝素蛋白微针，其中，所述蛋白质为抗体、抗体样分子或以上试剂的组合。7.如权利要求4所述的丝素蛋白微针，其中，所述小分子为肽。8.如权利要求4所述的丝素蛋白微针，其中，所述治疗剂为疫苗、抗生素或以上试剂的组合。9.如权利要求3-8中任一项所述的丝素蛋白微针，其中，所述活性试剂为抗生素。10.如权利要求3-8中任一项所述的丝素蛋白微针，其特征在于，所述丝素蛋白微针稳定所述活性试剂，从而当将所述丝素蛋白微针在高于0℃的温度下保存至少24小时时，所述活性试剂维持其初始生物活性的至少30％。11.如权利要求3-8中任一项所述的丝素蛋白微针，其中，所述活性试剂维持其初始生物活性的至少50％。12.如权利要求10所述的丝素蛋白微针，其中，将所述微针保存至少1个月。13.如权利要求10所述的丝素蛋白微针，其中，在0℃-室温的温度下保存所述微针。14.如权利要求10所述的丝素蛋白微针，其中，在室温-37℃的温度下保存所述微针。15.如权利要求1所述的丝素蛋白微针，该微针进一步包含一种或多种可生物降解的聚合物。16.如权利要求1所述的丝素蛋白微针，其中，所述微针一经接触生物环境后即以受控的速率降解。17.如权利要求16所述的丝素蛋白微针，该微针进一步包含至少一种活性试剂，其中，所述微针的降解对分布于所述微针中的所述活性试剂的释放进行控制。18.一种微针装置，所述装置包含：基底以及一个或多个丝素蛋白微针，所述丝素蛋白微针整合至所述基底或附着至所述基底、并从所述基底延伸；其中，各微针包含底部和穿透顶端。19.如权利要求18所述的装置，其中，所述微针进一步包含至少一种活性试剂。20.如权利要求19所述的装置，其中，所述活性试剂选自于由下列试剂组成的组：蛋白质、免疫原、酶、核酸、小分子、细胞、激素、治疗剂、诊断剂，以及上述试剂的任意组合。21.如权利要求20所述的装置，其中，所述免疫原为病毒、细菌或以上试剂的组合。22.如权利要求20所述的装置，其中，所述蛋白质为抗体、抗体样分子或以上试剂的组合。23.如权利要求20所述的装置，其中，所述小分子为肽。24.如权利要求20所述的装置，其中，所述治疗剂为疫苗、抗生素或以上试剂的组合。25.如权利要求19-24中任一项所述的装置，其中，当将所述装置在高于0℃的温度下保存至少24小时时，所述活性试剂维持其初始生物活性的至少30％。26.如权利要求19-24中任一项所述的装置，其中，所述活性试剂维持其初始生物活性的至少50％。27.如权利要求18-24中任一项所述的装置，其中，将所述装置保存至少1个月。28.如权利要求18-24中任一项所述的装置，其中，在0℃-室温的温度下保存所述装置。29.如权利要求18-24中任一项所述的装置，其中，在室温-37℃的温度下保存所述装置。30.如权利要求18-24中任一项所述的装置，其中，所述丝素蛋白微针的长度为15μm-1500μm。31.如权利要求30所述的装置，其中，所述丝素蛋白微针的长度为150μm-1000μm。32.如权利要求18所述的装置，其中，至少一个所述丝素蛋白微针的长度与其它丝素蛋白微针不同。33.如权利要求18所述的装置，其中，所述丝素蛋白微针进一步包含一种或多种可生物降解的聚合物。34.如权利要求18所述的装置，其中，所述丝素蛋白微针一经接触生物环境后即以受控的速率降解。35.如权利要求18所述的装置，其中，所述基底包含一种或多种生物相容性聚合物。36...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·L·卡普兰，康斯坦丁内斯·齐奥里斯，菲奥伦佐·G·奥米内托，埃莉诺·M·普理查德，
申请(专利权)人：塔夫茨大学信托人，
类型：
国别省市：