皮肤的结构和生理功能

皮肤是人体最大的器官,约战体重的百分之十,是保护人体不受外部环境侵害的一道天然屏障。皮肤结构从外到内分四层:角质层(stratum corneum),表皮层(epidermis), 真皮层(dermis)和皮下组织(subcutaneous tissues)。皮肤同时还拥有毛囊,汗腺导管,顶浆腺,和指甲等附属物。皮肤的保护作用对人的生存意义重大,对环境的温度湿度变化,紫外光,化学品,病菌,过敏源,辐射等提供了屏蔽。另外皮肤是维持体内各项平衡的主要器官,尤其对体温调节,血压控制和分泌机制等起到重要作用。由于皮肤的体温调节作用,不同个体动物的基础代谢率与个体皮肤的表面积有直接关系。皮肤还是一个主要的感觉器官,对来源于外界环境的温度,压力,疼痛,过敏源,微生物入侵提供感觉信息的直接反馈。最后,皮肤是一个不停自我修复和更新的器官。 【角质层】 角质层位于皮肤的最表层,大约有10-20微米厚,是非活性的表皮层。角质层含有约15-25层的六边型角质细胞叠加在一起,嵌于细胞间脂质之中。每一个角质细胞的直径约为40微米,厚度约为0.5微米。角质层在身体的不同部位其厚度会有很大差异,在手掌脚掌部位的皮肤角质层明显厚于其他部位。自然可见药物在这些部位的吸收显著少于其他部位。干燥状态下的角质层密度为1.4克每立方厘米,含水量仅为15-20%。另外角质层的有效吸收表面积一般只限于不到0.1微米宽的细胞间空隙。角质层细胞主要由非溶性的角蛋白和脂质组成。角质层细胞间质主要是脂质和桥粒。角质层的脱皮是连续性的,约2-3周角质层更新换代一遍。因此一些脂溶性良好的化合物虽然与角质层结合紧密但未必能够很好的吸收。角质层不仅是对环境的屏障还对体内物质的挥发和丧失起到保护作用,比如正常人体的水分挥发量为0.5μL/cm2/h,或每天250毫升。角质层细胞来源于活性表皮层,在蜕皮脱落之前会经过多次细胞分化和形态学的变化,如板层小体的挤出,细胞核的丧失,角质蛋白的增加。 【表皮层】 表皮层细胞起源与真皮层和活性表皮层之间的基膜。这一层含有黑色素细胞,郎格尔汉斯细胞,梅克尔细胞和两种主要的角质蛋白细胞。一种角质蛋白细胞起干细胞的功能,主要进行细胞的分裂和增殖。另一种角质蛋白细胞是将表皮层固定于基底膜。基底膜为50-70纳米厚,包括致密层和光滑层,其主要成分为四类胶原蛋白,层粘连蛋白,巢蛋白和纤维连接蛋白。四类胶原蛋白对基底膜起机械稳定作用;层粘连蛋白和纤维连接蛋白将基底膜与基底角质形成细胞链接起来。 基膜细胞通过半桥粒附着于基底膜。半桥粒主要含有三种独特的蛋白组:两种为大疱性类天疱疮抗原(BPAG1和BPAG2),第三种为上皮细胞特异性整合素。BPAG1与细胞骨架结构的组织相关。整合素是用于调解细胞及细胞外基质附着的跨膜受体。人体表皮基底细胞含有整合素α2β1, α3β1 和α6β4。整合素α6β4和BPAG2是固定角质蛋白细胞的主要半桥粒蛋白质。基膜细胞与基底膜之间的链接关系有着重要生理意义,缺乏稳定的链接会造成慢性疱疹如天疱疮或大疱性表皮松解。 郎格尔汉斯细胞是皮肤免疫系统中的抗原呈递细胞,对于接触致敏起重要作用。当皮肤接触到半抗原,郎格尔汉斯细胞表面成分被改变,细胞体积增加。激活的郎格尔汉斯细胞会从表皮层迁移到真皮层,在真皮层对局域淋巴结中的T淋巴细胞致敏。郎格尔汉斯细胞从角质形成细胞及基底膜的脱离由表皮细胞因子调解(粒细胞巨噬细胞集落刺激因子,GM-CSF和肿瘤坏死因子-α,TNF-α)。郎格尔汉斯细胞在局部淋巴结中的成熟由GM-CSF调解。 黑色素细胞不仅存在于表皮层基底膜,还存在于毛发与眼睛。其主要功能是制造黑色素。黑色素是吲哚醌的高分子聚合物,其作用是影响皮肤,毛发和眼睛的色素沉着。黑色素小体是在黑色素细胞中与细胞膜相连的细胞器。黑色素是在黑色素小体中产生的,然后通过细胞吞噬的方式均匀地分布到角质形成细胞中。皮肤的色素沉着主要是起保护紫外线辐射的作用。黑色素形成过程是一个复杂的调控过程,涉及到80多个基因位点。这些基因的突变会导致白化病,白癜风和瓦登堡式综合症。 梅克尔细胞通常位于角质层的基底层,与在基底层另一侧的神经末梢关系密切。从组织化学试验表明,梅克尔细胞中有乙酰胆碱酯酶的存在,可能具有神经递质释放的功能。经管目前研究尚无确凿证据,一般认为梅克尔细胞在机械感官和对周围神经纤维的营养起一定作用。 【真皮层】 真皮层是皮肤的一个重要组成部分。它不仅为表皮层提供营养,免疫和支持,而且对体温,压力和疼痛的调节起重要作用。真皮层有0.1-0.5厘米厚,由70%的胶原纤维和30%的弹性结缔组织构成。胶原纤维提供了一个支持和缓冲的支架,弹性结缔组织是一种半凝胶状的粘多糖用以提供皮肤的弹性。真皮层含细胞较少,主要为成纤维细胞,黑色素细胞和肥大细胞。 真皮层中具有广泛的血管网络用来为皮肤提供营养,修复,免疫反应和热交换。真皮层血管来源于皮下组织,从动脉,小动脉,毛细血管,小静脉,到静脉形成了真皮层血管网络。动静脉吻合在真皮层血管网络广泛存在,提供了动脉和静脉之间约60%的血流,这种结构避免了毛细血管网络,更有效地控制皮肤的血流。当人体产生生理或心理的反应时,如锻炼,饮酒,震惊,羞愧等,真皮层血流会随之迅速产生变化。 淋巴系统也是皮肤的一个重要组成部分,用来控制间质压,体内防御系统,和清除废物。研究表明,真皮层血管主要对清除小分子,淋巴系统用来清除大分子,比如干扰素。真皮层还存在各种不同的神经纤维,对压力,温度和疼痛产生反应。所以当外来物穿透角质层和表皮层,接触到真皮层,通常会出血并感到疼痛。 【皮下组织】 在皮肤的最深层是皮下组织。皮下组织含有大量的脂肪细胞(约占身体脂肪的50%),成纤维细胞和巨噬细胞。皮下组织支持皮肤的血管和神经系统,将皮肤连接固定在肌肉组织。皮下组织是良好的绝热体,同时可以吸收外界冲击并储存能量。 【皮肤附属物】 皮肤有四种附属物:毛囊及相关皮脂腺,汗腺,顶浆腺,和指甲。毛囊除在手掌,脚掌和嘴唇之外在全身都有分布。附于毛囊上的竖毛肌会在外界反应下使毛发竖起,比如“怒发冲冠”或“毛骨耸然”。每个毛囊还与一个皮脂腺相关。皮脂腺分泌的皮脂含有甘油三酯,自由脂肪酸和蜡。皮脂的作用是保护和润滑皮肤并维持皮肤表面的酸碱度在5左右。汗腺是一个盘绕的导管,导管的一端是在皮肤表面的出口,另一端是一个直径为100微米的由导管盘绕的小球。汗液是一种酸碱度为5的稀释盐溶液。顶浆腺,又称大汗腺,结构与汗腺相似但体积约为普通汗腺的10倍。顶浆腺只分布在身体的某些部位,如腋下,乳头,肛门。指甲也起到一些保护功能,其主要成分是角蛋白,水和脂质。  人类应用局部皮肤给药可追溯到上千年的历史。现代透皮释放系统则是在上个世纪70年代晚期开始发展的。 以皮肤为给药途径主要以下几个目的:1)用于皮肤病学的直接局部效应,如类固醇药物用于皮炎;2)透皮吸收进入体内循环,如尼古丁贴片用于戒烟;3)皮肤表面作用,如防晒霜;4)深层组织的靶向,如非甾体抗炎药用于肌肉组织的炎症。作为一个极具潜力的系统给药途径,皮肤拥有以下优点:1)避免由胃肠道带来的胃排空,胃肠酸碱度,和酶降解的作用;2)避免肝脏的首过效应;3)易于控制给药,通过移除给药系统而随时中断给药。与此同时皮肤对药物的吸收也具有以下不利因素:1)由于具体给药位置,疾病,年龄等差异,经皮给药的吸收会有很大差异; 2)皮肤也具有首过代谢作用;会带来药物的降解和代谢; 3)皮肤的库容作用会对一些药物造成局部囤积;而减慢系统吸收;4)皮肤会对药物及剂型的刺激和其他毒性产生反应; 5) 皮肤在代谢与转化具有异质性和诱发性,对药物的吸收和代谢增加复杂性; 6) 透皮释放系统和其他给药途径之间的生物等效性缺乏明确的定义和标准;7)经皮吸收的技术仍然有待发展,如化学渗透增强剂 [chemical penetration enhancer],超声导入[sonophoresis],电导入[electroporation]等新技术。

Advertisements

透皮释放系统的应用

DNA疫苗 新一代的疫苗-DNA疫苗-为人体免疫治疗带来广大前境, 解决了众多疑难病症和新兴病原体的免疫难题。通常DNA疫苗包括三个主要组成部分: 疫苗: DNA疫苗是一个能在体内产生与特定疾病相关的抗原蛋白的DNA片段。如果有足够数量的DNA疫苗插入到细胞,细胞会产生抗原蛋白,并可能引发预期的抗体和T细胞免疫反应。 疫苗给药方式: 疫苗给药方式提供了DNA疫苗进入人体细胞的方法, 以产生预期的抗原蛋白。该领域面临的挑战是如何改进给药方式诱导产生所需的免疫反应能力, 同时不产生其他毒性。 佐剂: 佐剂是一个帮助免疫系统辨认蛋白抗原的化合物。佐剂帮助身体区分目标, 提供抗体和T细胞的靶点导向。 与传统疫苗相比, DNA疫苗具有以下特点: 研发周期短 制造方法简单有效,成本低 DNA疫苗没有繁殖能力,不会传播疾病 广泛强大的免疫反应,不仅刺激产生抗体,而且刺激产生T细胞 具有预防和治疗的能力 小分子RNA 小干涉RNA和微小RNA是两种序列特异性地转录后基因表达的调节因子,是小分子RNA的最主要组成部分。小干涉RNA是在RNA干涉过程中人工体外合成的小片段RNA,由约20个碱基对组成,包括5个磷酸盐,2个核苷和3个悬臂。小干涉RNA在RNA沉默通道中起中心作用,是对特定信使RNA进行降解的指导要素。微小RNA是一种21-25核苷酸长的单链小分子RNA,广泛存在于真核生物中,是一组不编码蛋白质的 短序列RNA,它本身不具有开放阅读框;成熟的微小RNA,5′端有一个磷酸基团,3′端为羟基,是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的 单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成,不同于小干涉RNA(双链)但是和小干涉RNA密切相关。微小RNA通过结合到目标信使RNA上进而抑制该信使RNA翻译,起着中枢调控基因功能的作用。 生命的一些重要活动如幼虫的生长发育、细胞的发生 和分化、神经系统的分化等都被一些非蛋白编码小分子RNA的调控。2004年6月《临床研究杂志》上发表的一项实验室研究,小干涉RNA似乎加强了伊马替尼(Imatinib)和雷帕霉素的抗癌作用。这种治疗在出现药物耐受性时特别有帮助。小干涉RNA可以通过与HIV-1细胞内受体CD4,病毒结构蛋白Gag或替代Nef调节蛋白的绿色荧光蛋白的靶mRNA作用抑制病毒产生。利用小分子RNA有效抑制基因表达的机理可能为治疗很多病毒性疾病和基因疾病寻找新的途径和突破口。 蛋白质和多肽 在生物技术药物中大量的均为多肽与蛋白质类药物。蛋白质分子的化学结构决定其活性,影响活性的结构因素主要为氨基酸及其排序、末端基团,肽链和二硫键位置等。蛋白质分子的二维、三维空间结构也影响生物活性。蛋白质药物在体内外环境可能经受多种复杂的化学降解和物理变化而失活,如凝聚、沉淀、消旋化、水解、脱酰氨基等。蛋白质药物半衰期短、清除率高、分子量大透股能力差、易受体内酶和细菌以及体液的破坏、非注射给药生物利用度低,一般都仅为百分之几,因此临床主要剂型是溶液型注射剂和冻干粉针。 小分子药物 小分子药物的透皮释放系统在市场上已经比较成熟,目前有20个上市透皮释放系统,均为小分子药物。小分子药物透皮释放系统的研发主要集中在离子或高极性分子种类,因其对皮肤角质层的低通透性而不能由传统的第一代透皮释放系统有效地给药。富特吉利用微渗溶透皮释放系统可以显著地提高极性小分子药物的通透性,增强生物利用度。

现代透皮释放系统

经过多年的研究,现代透皮释放系统已经发展了三代产品。 第一代透皮释放系统利用药物在细胞间被动转运机制进行药物释放。第一代产品已经占有主导市场,在临床的使用稳步增长。第二代透皮给药系统使用化学促进剂,超声和离子导入技术,也实现了临床产品。第三代透皮给药系统的目标是影响皮肤角质层的屏障作用, 运用微针,热消融,微磨皮,电导孔和空化超声波技术对大分子进行透皮释放。运用这些第二代,第三代增强战略, 大分子和疫苗,如胰岛素,甲状旁腺激素和流感疫苗目前已经进展到临床试验。其中,微针透皮给药结合皮下注射与透皮贴片的双重释药优点,增加药物的渗透性,特别是对大分子药物(如多肽、蛋白和疫苗等)经皮渗透性显著提高。 【第一代透皮释放系统】 从目前上市产品看,大多数透皮释放系统为第一代产品。第一代产品通常只需较低的剂量,口服生物利用度较差,有利于减少给药频率,维持稳定血药浓度。但其仅能运送低剂量的小分子高脂溶性非电解质药物。极大地限制了应用和发展。 批准年代 药品 药物指征 产品名称 销售公司 1979 东莨菪碱 晕动症 Transderm-Scop 诺华 1981 硝酸甘油 心绞痛 Transderm-Nitro 诺华 1984 可乐定 高血压 Catepres-TTS 勃林格殷格翰 1986 雌二醇 更年期症状 Estraderm 诺华 1990 芬太尼 慢性疼痛 Duragesic 杨森 1991 尼古丁 戒烟 Nicoderm 葛兰素史克 1993 睾酮 睾酮缺乏 Testoderm ALZA 1995 利多卡因/肾上腺素(离子导入) 局部皮肤镇痛 Iontocaine Iomed 1998 雌二醇/ norethidrone 更年期症状 …

Continue reading 现代透皮释放系统

透皮释放系统理论

基于皮肤的复杂结构,药物需要经过多层的亲水性和亲脂性的区域才能达到系统循环。药物的脂水分配特性和扩散能力对药物透皮释放的吸收起决定性的作用。用数学模型来研究和预测药物吸收对透皮释放系统的药物选择和剂型设计有理论意义及实践指导。 【菲克定律】 因为透皮释放系统会在皮肤应用相当长时间,通常认为可以达到恒定状态。因此菲克第一定律可以用于数学模型的基础。菲克第二定律主要用于描述非恒定状态扩散,对达到恒定状态前的滞后期及非线性浓度曲线的计算具有应用价值。 菲克第一定律可用上面等式来表示。其中J代表每单位面积的流通量,K是药物在角质层的分配系数,D是药物在角质层的扩散系数,h是角质层的厚度,c0是药物在皮肤表面的浓度,ci是药物在皮肤内部的浓度。在大多数情况下,c0远大于ci。上面等式可以简化为: 其中kp(=DK/h)是渗透系数,包含有分配系数和扩散系数的特性。对一个表面积为A的透皮释放系统,药物的进入系统循环的输入速度= A x kp x c0。药物从系统循环消除的输出速度为药物的清除(Cl)与恒定状态下血药浓度(Cp,ss)的乘积。将输入速度与输出速度合并,血药浓度可由等式得出: 对于一个给定的药物,药物的清除(Cl)和目标血药浓度通常是已知的。当药物的渗透系数和溶解度通过理化检测得到,透皮释放系统的可行性就可以从数学模型上进行评估。 【药物的渗透系数】 从试验数据得出的常见药物在水溶液渗透系数可以推论出渗透系数与分子量(MW)及正辛醇-水分配系数(Koct)之间的经验关系: 当log Koct增加,渗透系数会相应增加;而分子量增加时,渗透系数则相应减少。药物从透皮释放系统中的释放不仅与渗透系数相关,也与药物的溶解度有关。当log Koct增加,药物的水溶解度减少,对药物的经皮吸收有负面影响。所以渗透系数与药物的溶解度对药物从透皮释放系统中的释放是抛物线性关系。另外经验观察表明,log Koct在2左右并具有低熔点的药物其透皮吸收的效果较好。 以上的推论是基于以水溶液为基础的剂型,当剂型转变,如以脂溶性为基础的剂型其药物溶解度会有显著不同。虽然理论上讲,药物在任何溶剂中的饱和溶液应该产生同样的透皮吸收恒定状态,在实际中情况并非如此。溶剂对皮肤的通透性会有不同的影响,从而对药物本身的吸收有不同的影响。 【非恒定状态扩散】 由于皮肤渗透的生物差异性,菲克第二定律对非恒定状态扩散的应用非常复杂。相对简单的药物动力学模型将透皮吸收系统,皮肤,体内系统循环作为一级速率常数的单独小室来处理。这种药物动力学模型用一级速率常数来描述扩散,用一级速率常数的比例来描述不同屏障之间的分配,比如药物在角质层和表皮层之间的分配。这种模型还可以考虑到其他复杂的动力学过程,比如药物的代谢或药物在透皮吸收系统的挥发等。 【透皮释放系统的体外评价】 虽然数学模型对透皮释放系统的设计与研究有指导性意义,体外动物模型仍然是在前期临床必不可少的一步。大量的体外动物试验表明不同的动物种类之间的区别大,都不能完美地代替人体皮肤。猪皮在结构和性能方面是最接近人体皮肤,在没有人体皮肤时可以作为替代品。文献已经报道了一些体外透皮试验的标准方法,并且体外体内渗透试验数据达到了较好的吻合。新鲜的皮肤样品还会保留一定的生物活性,会对药物在体内的代谢提供有意义的评价。体外透皮试验的标准方法通常建议药物在受体溶媒的浓度不超过10%的药物溶解度。以此来保证药物的运输不受到溶解度的影响。对于亲脂性的药物,因为其在水中溶解度低,有机溶剂如乙醇或非离子表面活性剂经常用于受体溶媒来提高溶解度。需要谨慎的是有机溶剂或表面活性剂应对皮肤本身的性质不产生影响。 【透皮释放系统的体内评价】 体内评价通常由人体试验在透皮释放系统给药过程中对血药浓度进行测量。当透皮释放系统从皮肤移除之后,继续采样和分析会提供数据对皮肤局部存储效应进行理解。这是因为某些药物会在皮肤局部产生紧密结合,当透皮释放系统应用于皮肤时,药物会在局部积累。然后逐渐扩散渗透到内部并进入系统循环。即使透皮释放系统从皮肤移除之后,这样的扩散渗透还会在一定时间内继续进行,血药浓度仍可以检测到。另外,皮肤具有一定代谢功能,对血药样品中代谢产物的检测和分析会帮助更好地理解透皮释放系统的总体生物活性。 对透皮释放系统残留药物的分析也可以从侧面提供药物吸收的数据。美国食品和药品管理局最近发表了对透皮释放系统的研究指导,其中强调了残留药物对用药安全性的影响。已有众多事故报道,残留药物进入环境或健康人群,从而产生毒副作用。将透皮释放系统残留药物降低最低水平是对透皮释放系统设计和生产的一个重要课题。 在透皮释放系统的体内评价中,人体个体差异可以从试验个体对药物渗透和吸收的差异观察。当个体差异大时,皮肤通常是控制药物吸收的关键。当不同个体的药物残留量比较一致,皮肤的药物渗透吸收的影响相对较小,对给药的控制主要在透皮释放系统方面。

Petrolatum

Petrolatum is a mixture of saturated hydrocarbon commonly used as ointment base in topical formulation. A familiar everyday example of petrolatum is Vaseline. Petrolatum comes with a wide variety of brands, manufacturers, and grades. I have personally used Penreco Ultima, Snow White, and Super White for numerous formulations with decent outcomes. Application in Formulation Among …

Continue reading Petrolatum