《Journal of Pharmaceutical Sciences》：Enhanced topical antimicrobial delivery for improved skin antisepsis
编辑推荐：
本研究通过体外猪皮渗透模型（Franz扩散池）验证与人皮渗透的相似性，并测试R6多聚精氨酸、甘醇酸和Kolliphor? HS15对氯己定（CHX）透皮效果的增强作用。结果显示，三种渗透剂可将CHX渗透至表皮全层及真皮层，且无显著细胞毒性。摘要：验证体外猪皮模型与人皮渗透相似性，测试R6多聚精氨酸、甘醇酸、Kolliphor? HS15增强CHX透皮效果，证实其可有效穿透表皮全层及真皮层，同时保持低细胞毒性，为手术感染预防提供新策略。
Madeline Berrow|Nichola J. Starr|David J. Scurr|Felicity de Cogan
诺丁汉大学药学院，英国诺丁汉市University Park，NG7 2RD
摘要
国家健康与护理卓越研究所建议在手术前常规使用外用氯己定二葡萄糖酸盐（CHX）制剂来消灭皮肤微生物，以防止手术部位感染（SSI）。然而，CHX在角质层的渗透性较差，因此无法有效清除所有皮肤微生物，从而增加了患者感染的风险。本研究通过将CHX在猪角质层的渗透情况与人体角质层的渗透情况进行了比较，验证了一种体外猪模型（Franz型扩散细胞）。从两种模型的表皮中采集了胶带样本，并使用飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）和高性能液相色谱（HPLC）分析了CHX的分布和浓度。验证该体外猪模型后，我们使用它来评估一系列实验化合物（包括R6聚精氨酸、甘醇酸和Kolliphor? HS15）对CHX渗透性的增强效果。处理这些化合物后，对猪角质层进行了胶带剥离，并利用ToF-SIMS和HPLC分析了渗透性的增强情况。研究表明，CHX在人体皮肤和体外猪皮肤中的渗透行为具有相似性。通过猪模型，我们发现R6聚精氨酸、甘醇酸和Kolliphor? HS15显著提高了CHX在整个表皮中的传递效果。最后，我们证明了我们的渗透增强配方能够在不增加哺乳动物细胞毒性的同时，改善整个角质层的皮肤消毒效果。这项研究提出了三种潜在的新CHX配方策略，以减少SSI的发生。
引言
外科手术需要穿透皮肤，因此不当的皮肤消毒可能导致并发症，如手术部位感染（SSI）。在每年500万例NHS医院治疗中，多达15万例患者会出现术后伤口感染，这通常会导致住院时间延长7-11天，需要再次手术，甚至有3.5%的死亡风险。1, 2, 3, 4为了降低SSI的发生率，常规会进行术前皮肤消毒。2人体皮肤上寄生着多种微生物，包括金黄色葡萄球菌、凝固酶阴性葡萄球菌（如表皮葡萄球菌、溶血性葡萄球菌和人葡萄球菌）、大肠杆菌和肠球菌。5, 6在皮肤物理屏障未受损之前，这些微生物通常不会对健康构成威胁，但一旦屏障受损，它们就可能感染无菌组织和血液。
氯己定二葡萄糖酸盐（CHX）是一种高效阳离子双胍类化合物，具有广谱杀菌、抗真菌和抗病毒作用。
7由于其低哺乳动物毒性以及能够吸附在皮肤和黏膜上的特性，CHX被广泛用于医疗领域，包括术前皮肤和手部消毒、重症监护和创伤患者沐浴、医疗器械插入前的皮肤消毒（如导管和针头），以及牙科感染治疗。
7为了有效进行皮肤消毒并降低SSI风险，CHX必须能够渗透到角质层，以清除皮肤上的微生物
9，因为已知细菌主要存在于表皮深处，并且经常出现在真皮中。
10然而，由于分子量高、亲水性强和离子化状态等原因，CHX的皮肤渗透性有限（主要局限于表皮的上100微米
8, 10, 11。此外，角质层的天然防御机制也阻碍了CHX进入毛囊和皮脂腺等深层组织，尤其是在短期接触后，而这对于有效的皮肤消毒至关重要。
12, 13, 14体内人体皮肤渗透研究是监测药物经皮传递的首选方法，其次是活体组织切片研究。但由于样本获取、成本、使用规定和伦理考虑方面的限制，以及实验化合物测试的不确定性，这些方法常常被体外渗透模型（如Franz细胞）所替代。
15, 16分析体外猪皮肤渗透模型中的胶带样本是一种常用的方法，因为它成本低廉、易于获取，并且可以研究未经批准的配方。
17在将结果与体内药物渗透数据进行比较之前，验证模型的准确性是必要的。Starr等人（2022年）证明了体外人体皮肤和体内人体皮肤模型中棕榈酰寡肽的渗透性一致性。
18然而，Simon等人（2016年）指出，体内人体皮肤与体外人体和动物皮肤模型之间的差异可能会影响药物渗透性。
19猪皮肤因其组织学、皮肤厚度、毛发密度和脂质组成与人体皮肤相似，因此通常是研究药物渗透的首选动物模型。
20与小鼠、大鼠和豚鼠等动物模型相比，人和猪的角质层脂质含量相对较低。
20脂质组成和结构的差异可能会影响屏障渗透性，使得啮齿类动物不适合作为研究人体皮肤渗透的模型。此外，人和猪的皮肤含有类似的代谢酶，如酯酶和酰胺酶，以及II相酶，这些酶可以促进外源性化合物的水溶性，从而改变其在皮肤中的渗透行为。
20多种分析方法被用于研究药物在皮肤中的渗透情况，包括色谱法和二次离子质谱技术。高性能液相色谱（HPLC）是一种功能强大的分析工具，具有高分辨率、灵敏度和准确性，已被广泛用于量化不同皮肤层中的药物化合物，如阿德福韦（抗病毒药物）、二甲双胍（抗糖尿病药物）和咖啡因。21飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）是一种新兴的分析技术，可以获取渗透外源性化合物的空间分布，并绘制相应的离子分布图，例如双氯芬酸（抗炎药物）、金属盐25和维生素C。26HPLC和ToF-SIMS都被用于研究CHX在皮肤中的渗透情况27，以及树状大分子10, 28和微针29对CHX渗透性的增强效果。
本文采用HPLC和ToF-SIMS分析方法，研究了我们描述的体外猪皮肤渗透模型在体内人体皮肤中的适用性。此外，我们使用2%和4% w/v浓度的CHX配方，展示了CHX浓度增加对皮肤抗菌剂在角质层中的渗透深度和分布的影响。HPLC和ToF-SIMS还用于评估CHX与已知渗透增强剂（R6聚精氨酸、甘醇酸和Kolliphor? HS15）联合使用时，对CHX在角质层中的渗透深度和空间分布的改善效果。R6聚精氨酸是一种常用于眼部药物递送的细胞穿透肽，甘醇酸是一种天然去角质剂，可以松解表皮紧密连接并促进上皮脱落，Kolliphor? HS15（聚氧乙烯15羟基硬脂酸）是一种表面活性剂，以前用于提高角膜和经皮药物的生物利用度。33
材料
新鲜猪侧腹皮肤来自诺丁汉大学Sutton Bonington兽医学院和科学屠宰场的母猪。Hibiscrub（4% w/v CHX）从瑞典哥德堡的M?lnlycke购买。HPLC级乙腈（>99.9%）、三乙胺（99%）和注射器过滤器（0.2 μm，直径33 mm）从英国拉夫堡的Fisher Scientific购买。磷酸一氢钠（分子量119.98 g/mol）和磷酸（85%）也用于实验。
体内人体皮肤与体外猪皮肤中氯己定渗透性的比较
为了评估CHX在体内人体皮肤和体外猪皮肤渗透行为之间的差异，对采集的胶带样本进行了HPLC和ToF-SIMS分析（见补充图1和2）。
图1A显示了从体内人体皮肤和体外猪皮肤中通过ToF-SIMS分析获得的C7H4N2Cl-（m/z = 151）片段的二次离子强度。两项研究的数据如下
结论
目前的临床CHX配方在角质层中的渗透性较差。当应用于体内人体皮肤或体外猪皮肤渗透模型时，CHX仅能渗透到第6-8层角质细胞。与R6聚精氨酸、甘醇酸或Kolliphor? HS15联合使用可显著提高CHX在所有角质层中的渗透性，甚至可能渗透到真皮和皮下组织。目前的临床CHX单一配方，加上我们的渗透增强剂
