《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》：Bioinspired apixaban nanosuspension-loaded polymeric microneedle arrays for non-invasive transdermal delivery: a skin-friendly patch
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微针阵列贴片通过钠果胶酸和聚乙烯醇负载阿哌沙班纳米悬浮液实现非侵入式透皮给药，体外实验显示钠果胶酸微针组（7500±1326 ng/mL·h）皮肤渗透效率显著高于聚乙烯醇组（2181±777 ng/mL·h），且具有更优的药物驻留时间和生物利用度，病理学分析证实钠果胶酸组对皮肤刺激性更低。
Hanaa A. Abdel-Messih | Ghada M. El Zaafarany | Rania A.H. Ishak | Nahed D. Mortada
药学与工业药学系，艾因沙姆斯大学药学院，开罗，埃及
摘要
阿哌沙班（APX）是一种抗凝血药物，用于治疗中风、系统性栓塞和深静脉血栓形成。自COVID-19大流行以来，该药物备受关注。本研究首次探讨了利用海藻酸钠（SA）和果胶聚合物制备的纳米悬浮液（NS）负载微针（MN）阵列贴片进行非侵入性经皮给药的方法，以提高其生物利用度并改善患者的依从性。通过乳化溶剂蒸发技术制备了APX-SA-NS和APX-果胶-NS制剂，并优化了其性能，所得颗粒大小分别为405.25 ± 8.41纳米和443.3 ± 27.31纳米。随后将这些微针阵列应用于皮肤，进行了形态学观察、质地分析、体外皮肤渗透/渗透性测试以及体内药代动力学研究。
通过多种成像技术观察发现，APX-SA-MNs和APX-果胶-MNs具有优异的机械强度和有效的皮肤穿刺/插入性能，能够穿透504微米和630微米的深度，满足经皮给药的需求。体外实验和体内药代动力学结果表明，SA-MNs在皮肤渗透性方面优于果胶-MNs，其曲线下面积分别为7500.03 ± 1326.31 ng/ml·h和2181.92 ± 777.07 ng/ml·h，而市售口服片剂Apixatrack?的该值为4120.48 ± 148.48 ng/ml·h。此外，SA-MNs还具有较长的平均滞留时间和较高的相对生物利用度。组织病理学检查显示，SA-MNs贴片对皮肤较为友好，而果胶-MNs则表现出炎症反应，这进一步证明了SA在确保较低给药频率、增强药物疗效和提高患者依从性方面的优势。
引言
抗凝血剂（也称为血液稀释剂）是用于高风险患者（如患有血栓形成倾向的患者）的药物，旨在降低他们发生中风和心脏病发作等严重疾病的风险。抗凝血剂主要分为三类：维生素K拮抗剂（VKAs，如华法林）、直接口服抗凝血剂（DOACs）和低分子量肝素（LMWHs）。这三类药物均通过不同的机制抑制凝血过程并延长凝血时间。与华法林相比，DOACs在疗效和安全性方面更具优势，且无需频繁监测剂量[22]。DOACs包括直接凝血酶抑制剂（如达比加群）和直接因子Xa（FXa）抑制剂（如利伐沙班、阿哌沙班、艾多沙班和贝特雷沙班）。目前，这些药物已在许多国家被批准用于预防非瓣膜性心房颤动（NVAF）患者的中风和系统性栓塞、深静脉血栓形成（DVT）及肺栓塞（PE）[93]。在COVID-19疫情期间，DOACs也被广泛用于治疗患者[94, 109]。阿哌沙班（APX）是一种高度选择性的FXa抑制剂，既能抑制游离形式的FXa也能抑制结合形式的FXa，且不受抗凝血酶III的影响，因此成为现有抗凝血疗法（如VKAs、阿司匹林和LMWHs）的替代品，具有更好的收益-风险比。2012年，APX获得FDA批准，由Bristol-Myers Squibb公司以Eliquis?品牌上市。APX的适应症包括：降低NVAF患者的中风和系统性栓塞风险、治疗DVT和PE并减少复发风险，以及预防髋关节或膝关节置换术后PE的发生。根据不同适应症和患者情况，APX的推荐剂量为每天两次，每次2.5至5毫克[19, 16]。
作为一种疏水性药物，阿哌沙班在生理条件下不发生离子化；其在水中的溶解度约为0.04 mg/mL，pH值范围为1.2至6.8时溶解度不变。其Log P值为2.71，Caco-2渗透性值为0.9 × 10^-6 cm/s[41, 77]。根据FDA规定，当剂量低于10毫克时，APX属于BCS III类药物[40, 54]。然而，Patel等人的研究表明，虽然APX的颗粒大小对血浆浓度分布影响不大，但湿法制粒法制备的制剂以及大颗粒制剂会导致溶解度不佳，从而影响质量控制。因此推荐采用干法制粒法制备颗粒，以实现更均匀的颗粒分布，从而提高体内溶解度[104]。由于阿哌沙班在某些条件下的溶解度较低，先前研究曾将其归类为BCS IV类药物[11, 111]。
目前市场上仅有的APX剂型为片剂，但其口服生物利用度（BAV）受限，约为50%，这主要是由于其在肠道和肝脏中与P-gp转运蛋白和乳腺癌耐药蛋白（BCRP）的结合。此外，阿哌沙班约25%的药物在首次通过肝脏时被代谢。为了提高其口服BAV，人们尝试了多种方法，如与草酸共结晶[25]、使用介孔纳米基质[11]或直接掺入亲水性纳米石墨烯氧化物[54]。还有研究试图通过将阿哌沙班封装在纳米结构脂质载体或固体脂质纳米颗粒中来增强其渗透性和避免首过代谢[140, 111]，但这些方法尚未上市。经皮给药是一种有吸引力的途径，可克服肠道吸收受限和首过代谢的问题，尤其适用于住院或意识不清的患者（如老年患者，他们常伴有痴呆和服药困难）。传统的经皮吸收方式包括毛囊、汗腺或直接穿过角质层（SC），但这些方法的吸收面积仅占皮肤总面积的0.1%，对药物稳态浓度的贡献有限。相比之下，直接穿透皮肤层是主要的经皮吸收途径，但由于角质层的疏水性限制了水溶性药物的传递，而表皮的亲水性又影响了疏水性药物的扩散[13, 24]。
为了解决这些问题，研究人员设计了微针（MN），这是一种由微米级针头组成的微型装置，排列在小型贴片上。微针能够以安全、无创的方式实现注射效果，同时便于自我给药和患者使用。微针能够无痛地穿透表皮并达到预定深度，避免刺激神经末梢[137]。它们通过创建的可恢复微通道高效传递药物，促进药物通过扩散和淋巴系统进入血液循环，因此比传统经皮贴片更具优势[24, 79]。此外，微针技术是一种易于即时拆卸的药物输送系统，在出现药物毒性或副作用时可迅速停止给药[75]。由于其快速恢复皮肤功能，微针甚至可用于眼部治疗（如无创应用）[128, 134]。
聚合物微针（PMNs）由可溶解/可降解聚合物制成，因此也称为溶解微针（DMNs）。这种微针易于大规模生产，不会产生尖锐的生物危害废物，且不会影响药物稳定性。PMNs安全、廉价、易于使用，由多种聚合物制成，具有多样的降解特性和响应生物/物理刺激的能力，适用于多种生物医学应用[6]。理想的聚合物应具备足够的强度以穿透皮肤，并能在体内安全降解[79]。天然可降解生物聚合物（如海藻酸钠和果胶）因其可持续性、低成本、生物相容性和无毒性质而成为优选材料。本研究首次使用这些材料制备了用于阿哌沙班经皮给药的微针阵列。
由于阿哌沙班的脂溶性较低，将其加载到亲水性聚合物（如海藻酸钠和果胶）基质中具有挑战性。为此，研究人员采用了纳米悬浮液（NS）技术，这是一种不含聚合物或脂质基质的纯纳米药物颗粒形式，简化了制备过程。NS已广泛应用于注射[133]、口服[65]、眼部[62]和肺部[83]给药途径，但在经皮给药中的应用较少，可能是因为完整颗粒在角质层中的被动传输效率较低。
此前已有研究开发了NS和PMN的混合系统，用于多种药物（如胆钙化醇、依非韦林、地夫罗沙星、双氯芬酸、酮洛芬、阿扑吗啡、大麻二酚和更昔洛韦[131, 116, 39, 134, 21, 112, 8, 26, 136]。因此，本研究首次采用乳化溶剂蒸发技术制备了阿哌沙班纳米悬浮液（APX-NS），并将其加载到海藻酸钠和果胶微针阵列（APX-SA和APX-果胶-MNs）中，以提高其生物利用度和患者依从性。随后进行了体外形态学、药物含量、机械性能和插入特性分析，体外皮肤渗透和渗透性测试，以及体内药代动力学研究，以评估APX-SA和APX-果胶-MNs与口服制剂Apixatrack?的性能差异。
材料
阿哌沙班（APX）由EVA? Pharma（埃及）提供；D-α-生育酚聚乙二醇1000琥酸盐（TPGS）由Isochem（法国）提供。海藻酸钠（SA）来自巨藻（Macrocystis pyrifera），是一种线性聚合物，由β-(1→4)-D-甘露糖醛酸和α-(1→4)-L-古洛糖醛酸组成，含有约61%的甘露糖醛酸和39%的古洛糖醛酸，2%溶液在25°C下的粘度为14,000 cps
初步研究
由于微针的负载效果不仅取决于聚合物基质的溶解度，还取决于药物的溶解度，因此加载脂溶性药物（如阿哌沙班）的微针制备具有挑战性。我们尝试将阿哌沙班溶解在DCM中，但加入亲水性聚合物凝胶后药物会沉淀
结论
本研究首次建立了关于使用微针进行阿哌沙班经皮给药的临床前初步数据。研究表明，APX-SA-MNs/药物储库经皮贴片是一种有前景的替代口服片剂的选择，可减少给药间隔，降低老年患者的用药负担，并提供更合适的给药途径
作者贡献声明
Hanaa A. Abdel-Messih：撰写初稿、软件开发、资源准备、方法设计、数据分析、数据整理。
Ghada M. El Zaafarany：审稿与编辑、项目监督、方法设计、数据分析、概念构思。
Rania A.H. Ishak：审稿与编辑、项目监督、方法设计、数据分析、概念构思。
Nahed D. Mortada：审稿与编辑、项目管理、方法设计、数据分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分得到了艾因沙姆斯大学的支持，该大学资助了“用于阿哌沙班经皮给药的微针阵列贴片开发项目，该项目旨在帮助COVID-19患者。”
