本发明属于医药领域，具体涉及一种载有纳米材料包裹保胎药物的微针给药系统及其制备方法。
背景技术：
目前，不孕症人口比例出现逐年上升趋势，全球不孕症发病率为10～15％，某些发展中过不孕症的发病率甚至可高达30％，不孕症成为了影响人类发展与健康的一个全球性的医学问题。因此，who已将不孕症与心血管病、肿瘤病列为当今影响人类生活和健康的三大主要疾病。
在由内分泌因素引起的不孕症的治疗中，通过补充相关激素使女性成功怀孕后治疗还没有结束，因为受孕后直到分娩这段期间的流产风险也不可忽视。怀孕期间，女性可能因患lpd(lutealphasedefects，黄体功能不全)等疾病而导致流产。而患有排卵障碍的患者通过补充外来激素刺激排卵后，体内内分泌环境受到影响，更会增大患上此类内分泌异常疾病而导致流产的概率，更需要进行保胎工作。根据临床的统计，自然流产发生的概率大约为15～20％，而使用过药物刺激排卵的妇女流产率约为50％。流产的主要原因lpd的产生主要是由于黄体酮分泌不足所致。因此进行保胎工作，需要为患者适当补充黄体酮。黄体酮(progesterone)，即孕酮，是一种类固醇亲油小分子，，可广泛被应用于孕妇的保胎工作。由于黄体酮口服后会迅速从胃肠道吸收，并在肝内迅速代谢而失活(药物半衰期<30min)，所以不能口服，保胎使用时主要是采用肌肉注射黄体酮油剂的方法来进行补充。
目前，保胎治疗时补充黄体酮主要的给药手段是使用针剂注射给药，但是使用针剂经皮给药，由于需要频繁的注射，可能会使经常施打的部位皮肤产生角质增生、红肿、硬结等不良副反应，同时也会给病人带来强烈的疼痛与不适感。因此，现在利用微创无痛的可溶微针贴片作为一种新型给药手段已被大量研究，相关研究成果已经可以被应用在疫苗接种、糖尿病治疗、癌症治疗等领域。在药物控制释放方面，微针给药系统还可使用具有生物降解性的纳米颗粒包裹药物来达到控制缓释的效果。利用生物可降解的纳米颗粒对黄体酮进行包裹，药物进入人体后，纳米颗粒在一定时间后才会降解并释放药物，因此药物可以充分与病灶部位的受体结合以发挥效用，得到更好的生物吸收率。因此将纳米颗粒与微针贴片结合起来进行药物控制释放，由于其无痛微创、方便易用、药物利用率高的优点具有广阔的应用前景。
由于黄体酮口服会因经过肝脏时迅速代谢而失效，所以不采取口服的方式使用，主要的使用方法是通过针剂注射进行补充。但使用针剂注射给药有着诸多的缺点：由于黄体酮注射剂为油溶剂，注射时有强烈的疼痛与不适感，偶尔还会造成无菌性脓肿以及由于过敏造成局部的红肿、硬结等等不良反应，同时由于治疗需要多次注射(实际使用时需要每天注射，时长半个月以上)，反复的注射会使病人会感到疼痛不适，给病人生理和心理上带来很大痛苦与压力，病人非常难以接受。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服传统针剂给药的缺点，提供一种载有纳米材料外包裹保胎药物的微针缓释给药系统，其能够减轻患者在治疗用药阶段的痛苦、提高药物吸收率、减少不良副作用。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种载有纳米材料包裹保胎药物的微针给药系统，包括微针贴片底部和位于微针贴片底部上的微针针尖，所述微针针尖内包埋有保胎药物，所述保胎药物由纳米材料包裹。
优选地，所述保胎药物包括但不限于黄体酮。更优选地，所述保胎药物是由聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒包裹的黄体酮。更优选地，纳米颗粒与黄体酮的重量比为10:1。
优选地，所述纳米材料为聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒。
优选地，所述微针针尖为可溶于水的。
优选地，所述微针针尖的材质是可溶性的生物相容性材料，更优选为羧甲基纤维素钠。
优选地，所述可溶性微针针尖的长度为500μm至1mm。
优选的，所述微针针尖内还可以包埋有除保胎药物之外的其他药物，达到更优的联合治疗的效果，保胎率更高。
本发明还提供了所述微针给药系统的制备方法，包括以下步骤：
(1)将保胎药物包裹入纳米材料中；
(2)将包裹有纳米材料的保胎药物包埋在所述微针针尖内。
优选地，所述纳米材料为聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒。
优选地，所述保胎药物为黄体酮。
优选地，所述步骤(2)为：将包裹有纳米材料的保胎药物溶于羧甲基纤维素钠水溶液中，模塑成型。更优选地，保胎药物与羧甲基纤维素钠水溶液的重量浓度范围在0.5％-20％(w/w)之间，可根据所需情况调整比例。
更优选地，所述羧甲基纤维素钠水溶液的质量浓度为5％至10％，更优选为8％。
作为一种优选的实施方式，用plga将保胎药物黄体酮包裹后，装入可溶材料scmc制成的微针贴片中，再释放到人体内进行促排卵工作。以黄体酮为例，在确认患者需要补充黄体酮后，需要每天为患者补充约20mg(用量视患者情况而定)的黄体酮直至患者血液内黄体酮水平恢复正常。
使用载入由纳米颗粒包裹的黄体酮的微针贴片给药在药物利用率、患者舒适度等方面都优于传统的针剂给药方法。由于微针细小(长度约500μm-1mm)，只穿透皮肤角质层而未触及神经与血管，病人不会产生难以忍受的疼痛感；微针插入后，由于所使用的材料是可溶性的具有生物相容性材料，例如scmc(sodiumsaltofcaboxymethylcellulose，羧甲基纤维素钠)具有良好的水溶性，在进入角质层与体液接触后会快速降解，创口为微米级别，皮肤容易自我愈合。同时通过设计与制备各种药物的外包裹层，还可以控制纳米颗粒释放药物的时间，避免药物过快失效导致吸收率低下或是释放过快导致不良副作用的产生，例如外包裹层可以避免例如补充黄体酮时因肝脏代谢过快分解而失效，同时又避免因为使用过量过频繁使用而导致男胎女性化等不良后果。
本发明所使用的保胎药物为疏水类固醇类小分子黄体酮，在妊娠早期由黄体分泌，可以使子宫内膜增厚、充血，为受精卵着床提供条件，是维持妊娠所需要的关键物质。
本发明所使用的包裹材料包括但不限于聚乳酸-羟基乙酸共聚物((poly(lactic-co-glycolicacid)，plga)，此材料由两种单体——乳酸和羟基乙酸随机聚合而成，降解产物即为乳酸和羟基乙酸，生物相容性、血液相容性、安全性等各方面表现良好并具有良好的成囊成膜性。
制备包裹药物的纳米颗粒时，可以不止包裹一种药物，还可以包裹多种药物(例如加入微量的人绒毛膜促性腺激素)，达到更优的联合治疗的效果，保胎成功率更高。
制备包裹药物的纳米颗粒时，使用的材料种类、分子量、溶剂浓度、和投料质量比等参数都会对最后形成颗粒的粒径、ζ电位和稳定性等性质有重要的影响，同时这些颗粒的参数又会影响其在生物体内释放和降解的速率。可以对这些参数进行调整，例如使用更合适的材料来得到更好的包裹率、稳定性、安全低毒性和更便捷的调控释放时间。
在微针的制备过程中，调配微针成型所用的含有保胎药物的纳米颗粒与高分子溶液的质量浓度范围在0.5％-20％(w/w)之间，可根据所需情况调整比例。但应控制在20％以内，若在纳米颗粒过多的情况下，微针将无法成形或质地变脆而无法刺破角质层。与选用的原料种类等关键参数都会影响纳米颗粒的载入率以及微针的完整度和形态，可以选用不同材料和优化比例参数来达到最佳的载入效果。
本发明将纳米颗粒与微针阵列结合起来释放内源性的安全无毒的多肽药物黄体酮，兼顾了两者的优点。利用本方法给药治疗排卵障碍型不孕症，利用本方法给药进行保胎，一方面在给药方式上利用微针贴片针头极为细小，微创无痛与使用方便以及友善的患者使用体验等特点，可减轻患者在治疗用药阶段的痛苦，另一方面，又利用纳米颗粒包裹的来延长药物释放的时间，使药物能够充分与受体结合，提高了药物的吸收率的同时藉由缓慢释放避免短时间大量外来激素进入人体内导致不良副作用出现。
附图说明
图1是根据本发明的微针给药系统的结构示意图。
图2是根据本发明的微针给药系统的缓释给药示意图。
图3是根据本发明的微针给药系统的药物作用原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详述，但本发明并不限于以下实施例。
图1为根据本发明的微针给药系统的结构示意图，其包括微针贴片底部1、可溶的微针针尖2、保胎药物4、以及包裹保胎药物(例如黄体酮)4的纳米材料(例如聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒)3，保胎药物4包埋在微针针尖2中。微针针尖使用质量浓度为5％—10％的scmc(sodiumsaltofcaboxymethylcellulose，羧甲基纤维素钠)制备得到，所使用的保胎药物黄体酮4使用可降解生物相容性材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米材料3进行包裹。最终得到微针贴片参数为：贴片底面积1cm×1cm，针尖密度为72-81针/cm2，长度500μm-1mm。
图2为根据本发明的微针给药系统的缓释给药示意图。进行给药时，如图2所示，微针刺破表皮5和真皮层6，到达皮下组织7，然后在10-15分钟后逐渐溶解，溶解的微针针尖8释放出包裹有聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒的保胎药物4进入人体循环。接触体液环境后，包裹层聚乳酸-羟基乙酸共聚物纳米颗粒逐渐被体内酶水解，释放出内含的保胎药物4。
图3为根据本发明的微针给药系统的药物作用原理图。如图3所示，保胎药物4被释放后，若不被分解，经过体内循环后最终会与子宫内膜9上的黄体酮受体10结合，维持妊娠，发挥保胎作用。
实施例1：黄体酮-plga纳米颗粒的制备
a)纳米颗粒制备
s1、称取100mg(+/-5mg)plga，添加1ml溶剂(乙酸乙酯，ethylacetate，etac)至plga中。然后用封口膜将箔片牢固地封住，确保密封良好。
s2、配制45ml0.3％w/v维生素e-tpgs，搅拌速度设定为360rpm，备用。
s3、将2ml的0.3％w/v维生素e-tpgs加入到13mm×100mm的玻璃试管中，备用。
s4、添加药物：对于如黄体酮这样的疏水物质，直接将其直接加入到s1的聚合物溶液中(小心避开试管壁)并震荡试管直到密封剂均匀分散。添加量为每100mgplga添加10mg黄体酮。
s5、将装有聚合物/药物的试管管口打开放在振荡器附近备用。在将s3含有维生素e-tpgs的试管垂直固定于高速震荡的震荡器上后，使用巴斯德移液管滴加聚合物溶液。小心避开试管壁，将聚合物溶液直接滴在震荡中乳化剂的表面上。将全部1ml聚合物溶液加入到s3维生素e-tpgs中后，继续震荡溶液(现为乳液)15s。然后立即停止震荡，将乳化后的聚合物转移到超声波发生器中。保持试管浸入冰水中，并超声波处理三次，每次10s(对于700w超声仪，振幅为40％，探头尖端尺寸为1/8)。在每次十秒超声处理之间暂停使溶液冷却后再继续。上下移动探头以确保均匀的超声处理，小心避免探头接触到试管壁和管底。
s8、将稀释后的乳化液倒入s2预备的溶液中。若乳化液过于黏稠难以倾倒，可以使用巴斯德移液管加入搅拌中的1-2ml0.3％w/v维生素e-tpgs到乳液中，使聚合物乳化液变稀，以更容易倾倒。不停重复此步骤直至将试管中剩余的所有乳液倾入搅拌溶液中。最后持续搅拌三个小时让纳米颗粒硬化。
b)纳米颗粒收集
s1、将纳米颗粒硬化后的乳液分成两个离心管(30毫升标称体积)并平衡至重量相差0.1克以内。
s2、将两个离心管在固定角转子中以17,000g离心力离心15min。也可适当离心更长时间，更长的离心时间将导致更高的收集率。
s3、倾倒或使用移液管取出上清液去除，小心不要倒出纳米颗粒沉淀物。加入15ml去离子水，并使用水浴超声仪或震荡器使之重新变为震荡均匀的悬浊液。
s4、将两个离心管的内容物合并为一个，并重复步骤s1-s3两次以上。最后悬浮液的液量应该是4-5毫升。此时加入重量比为1：2的海藻糖：聚合物(plga)作为冷冻保护剂(冻结少量不含海藻糖的纳米颗粒用于sem成像)因为在冷冻过程中形成的冰晶可能会损坏颗粒表面并诱导聚集。同时加入海藻糖可改善plga纳米颗粒的悬浮均匀度。
s5、将纳米颗粒转移到预先称重的5ml离心管中，并在-80℃下冷冻至少30min。迅速移动以免冻结的内容物融化，将管盖打开，并用橡皮筋将顶部的实验室组织固定在顶部。如果过慢导致发生融化，在放入冻干机之前需要重新冻结。冻干72小时后在-80℃下将冻干的颗粒储存在石蜡包膜管中。
实施例2：黄体酮-plga纳米颗粒包裹率、释放速度与稳定性的评估
s1、包裹率测量：
精确称量实施例1中得到的黄体酮-plga纳米颗粒5mg，并溶解于4ml乙腈中。所得溶液通过0.22μmptfe(聚四氟乙烯，polytetrafluoroethylene)针筒过滤器过滤并通过使用hplc(高效液相色谱法，highperformanceliquidchromatography)系统进行分析。该系统由泵(hitachil-6200a智能泵)和检测器(spectra100可变波长检测器，spectra-physics)组成。使用μbondapakc18柱(3.9×300mm，waters公司，milford，ma，usa)并保持在室温下。波长取254nm，流速取1.5ml/min。流动相是甲醇和水的混合物(甲醇：水＝70:30)。注射量为20ml。使用校准线(由一系列已知浓度的黄体酮溶液建立)计算每次注射中黄体酮的量。测量结果显示，选取大分子量和乳酸对羟基乙酸(85:15左右)比例合适的plga，可以使包裹率达到95％以上，几乎能将药物全部包裹进入plga纳米颗粒。
s2、释放速度测量(模拟液中)：
将10mg实施例1中得到的黄体酮-plga纳米颗粒加入8ml加盖玻璃小瓶中，并加入2mlpbs(20mm，ph7.4，含有20％体积甲醇)溶液。加入甲醇到pbs中是为了加速黄体酮的释放并获得所需的黄体酮溶解度。小瓶在振荡器中以50rpm振荡，温度设置为37℃。每隔预设的时间间隔，将小瓶从振荡器中取出并静置几分钟以使微球沉下底部。然后，取出1ml上清液并加入等量的新鲜含甲醇的pbs。将小瓶放回振荡器中。使用hplc系统和上述方法分析取出的溶液样品。测量结果表明，选取不同药物含量、不同乳酸对羟基乙酸比、不同分子量的plga，药物释放率达到50％的时间为5-25d不等(药物含量越高、乳酸对羟基乙酸比越小、分子量越大，释放速率越快)，表明通过设计选取包裹层材料的参数，可以控制药物释放的时间以达到更好的药物利用效果。
s3、稳定性的评估
取一定量实施例1中得到的黄体酮-plga纳米颗粒进行实验。由于plga是一种多聚物，因此使用其分子量变化来表征plga的生物降解速率，表示为分子量降低-聚合物样品水解时间的函数。使用凝胶渗透色谱法(gpc)测定原始和降解后的聚合物样品的分子量。gpc系统由watershplc泵和差分折射检测器组成。两个styragel(聚苯乙烯型交联共聚物)gpc柱连接在一起以覆盖更宽的分子量范围，并保持温度在35℃。在两个gpc柱之前连接一个styragel保护柱。使用氯仿作为流动相，流速为1ml/min。注射量为100μl。使用覆盖430-420,000的分子量范围的聚苯乙烯标准建立分子量校准线。测量结果显示，在24h内，plga纳米颗粒的分子量几乎不下降(降低量<5％)，分子量降低50％的时间>10d，表明纳米颗粒可以稳定存在。
实施例3：载入黄体酮-plga纳米颗粒微针贴片的制备：
将载有药物分子的纳米颗粒溶于8％(w/w)scmc(sodiumsaltofcaboxymethylcellulose，羧甲基纤维素钠)溶液中，含有药物的纳米颗粒与scmc溶液的质量浓度范围在0.5％-20％(w/w)之间，可根据所需情况调整比例。加50μl该溶液到微针贴片模具上。然后将模具置于离心机中以4000rpm的转速离心5min，使溶液进入模具上的针孔空腔内。离心后完成，移去空腔外溶液并风干过夜使溶液凝固。再向模具内加入200μl8％(w/w)scmc溶液并以4000rpm的转速离心1min。离心完成后，静置模具，风干过夜形成微针贴片。
贴片成型后，将贴片从模具上剥离下来。最后得到微针参数为：贴片底面积1cm*1cm，针尖密度为72-81针/cm2，长度500μm-1mm。
实施例4：微针贴片的测试
s1、微针内药物分布：
为了可视化微针贴片内药物分子的分布，使用与黄体酮具有相似分子量的荧光染料，如罗丹明b作为替代标记的黄体酮载入微针贴片。使用共聚焦荧光显微镜，观察荧光分子分布。结果显示大部分荧光分子分布在微针尖端。
s2、保留在微针中的药物稳定性：
为了评估保留在微针贴片中的黄体酮纳米颗粒的稳定性，使用hplc系统进行定量分析，评估微针贴片制造和放置后完整黄体酮的有效量。在该实验中，当黄体酮被装载在微针贴片后，测量一次完整黄体酮的有效量；在4℃下放置微针贴片1周后，再测量一次完整黄体酮的有效量。将微针贴片在高温下短时间放置(在90℃下30分钟)再次测量作为阴性对照组。结果显示：在微针贴片制造后约90％(±10％)的药物保持稳定，而在4℃下放置微针贴片1周后，约80％(±20％)的药物可以保持稳定；相反的，阴性对照组中，高温下短时间放置后，只有约4％的药物保持稳定。因此在正常条件下进行储存放置，微针贴片内药物的稳定性是可以得到保证的。
s3、微针释放的药物皮肤渗透后的分布：
为了观察从微针贴片释放的药物皮肤渗透后的分子分布，将装载有黄体酮的微针贴片施用于大鼠的背部皮肤20分钟，然后移除。在微针贴片插入2或6小时后，解剖穿透部位附近的皮肤并准备成像。通过共聚焦显微镜(olympusfv-1000)成像冷冻切片以确定释放的黄体酮的分布。结果显示：微针作用2h后，荧光分子沉积在真皮层(深度大约100μm或更大)。作用6小时后，观察到荧光分子在针刺穿部位附近的真皮层内的较大区域继续扩散。这些结果表明，微针贴片可以稳定携带药物并将药物分子输送到皮肤中。
s4、皮肤刺激试验：
通过测试治疗后的皮肤刺激来评估局部应用微针贴片的安全性。将微针贴片连续3天每天一次施用于小鼠背部表面，持续20分钟后取下。观察在用微针贴片处理的皮肤上是否有可见的刺激。结果显示：与未处理的皮肤相比，在用微针贴片处理的皮肤上没有观察到可见的刺激。第四天，将微针穿刺部位周围的皮肤解剖并进行组织学检查，观察是否有皮肤炎症细胞浸润。未处理的皮肤作为对照组。与未处理的皮肤相比，在重复插入微针贴片后，皮肤上未观察到明显的皮肤炎症细胞浸润，表明微针贴片的应用并不会诱导皮肤产生显著的炎症反应，安全可靠。
实施例5：微针贴片的药效测试
使用实施例3中制得的微针贴片进行实验。
s1、
选择孕期<37周有流产和先兆流产迹象的妇女作为实验对象。有流产倾向的特点为：规律性频繁宫缩(>4次/20min)、宫颈改变(宫颈管消失>80％，宫颈扩张>1cm)，先兆流产倾向则为具备上述宫缩现象，但是没有明显宫颈改变发生。出现产前出血，胎儿致死异常，宫内胎儿生长受限，绒毛膜羊膜炎，环扎术，产妇医学并发症禁忌安胎，多胎妊娠，宫颈扩张>4cm和宫膜破裂等病症的患者则不作为实验对象。然后将选择患者分为a组和b组。
a组：每日定时(例如睡前)通过针管肌肉注射补充黄体酮20mg。
b组：每日定时(例如睡前)通过微针贴片补充黄体酮20mg。
实验持续12周以上。
s2、
每日用药时记录患者临床症状、体征缓解时间、血清黄体酮水平变化，每隔一定时间检查血尿常规、肝肾功能；若出现流产进行记录；记录最后保胎成功率。结果显示：使用微针给药(b组)和注射给药(a组)都能使保胎成功率达到90％以上，但使用微针给药(b组)，患者用药的舒适度明显更高，这表明微针给药进行保胎工作可以作为一种新的给药手段，具备应用的价值。