Разработка метода доставки микрочастиц в кожу через волосяные фолликулы

В данной работе рассмотрен метод доставки микрочастиц в волосяные фолликулы кожи крысы. В результате была исследована возможность доставки суспензии микрочастиц с использованием низкочастотного ультразвука и был определен оптимальный режим сочетания времени и мощности применяемого УЗ-излучения для достижения наилучших результатов

Целями работы являются: 1) оптимизация времени воздействия низкочастотного ультразвука (УЗ) для эффективной доставки разномасштабных частиц в волосяные фолликулы и 2) исследование возможности использования низкочастотного УЗ для доставки субмикронных микроконтейнеров в волосяные фолликулы in vivo.

В результате многолетних исследований наночастиц было установлено, что они способны доставлять лекарства местного применения через кожный барьер. Успешная загрузка лекарств в наночастицы и их внедрение внутрь волосяного фолликула может представлять собой эффективный метод неинвазивной локализованной доставки лекарств. Окруженные густой сетью капилляров, волосяные фолликулы являются интересными целевыми структурами.

В работе использовались две лабораторные крысы альбиноса возрастом около 1 года весом 250-300 г, предварительно анестезированные с помощью Zoletil 50 (Virbac, Франция) дозой 0.05 мг/кг. 

В качестве источника УЗ использовался излучатель Dinatron 125 (Dinatronics, США). Частота УЗ составляла 1 МГц. Мощность варьировалась от 0.1 до 2 Вт в непрерывном режиме.

Для визуализации кожи использовался спектральный оптический когерентный томограф (ОКТ) OCP930SR (Thorlabs, США) со следующими параметрами: центральная длина волны источника излучения 930±50 нм, аксиальное и латеральное разрешение соответственно 6.2 мкм и 9.6 мкм (на воздухе), длина области сканирования 2 мм.

В качестве основы суспензии для исследуемых частиц использовался полиэтиленгликоль 300 (PEG 300) (Sigma-Aldrich, США).

В качестве исследуемых частиц использовались частицы диоксида титана (TiO₂) (Sigma-Aldrich, США) трех видов, различающихся диаметром: 25 нм, 100 нм и 5 мкм, и микроконтейнеры CaCO₃ диаметром 900 мкм. Концентрация суспензий частиц составляла 0.5 г/мл. Суспензии наносились на предварительно депилированные участки кожи крысы и подвергались воздействию УЗ мощностью в первом случае 1 Вт два раза по 2 минуты, во втором ‑ от 0.1 Вт до 2 Вт, время от 1 до 2 минут.

По полученным А-сканам ОКТ-изображений была оценена оптическая глубина проникновения частиц. 

Наибольшая оптическая глубина проникновения в эксперименте с частицами диоксида титана получена для частиц диаметром 25 нм (средняя глубина проникновения составила 99±9 мкм). На меньшую глубину проникли частицы диаметром 100 нм (48±9 мкм) и 5 мкм (60±9 мкм).

Для достижения оптимальной глубины проникновения частиц карбоната кальция необходимо соблюдение баланса между мощностью УЗ-излучения и временем его приложения: при недостаточной мощности и времени воздействия проникновение частиц было незначительным, при более высокой мощности вне зависимости от времени частицы разрушались без проникновения в фолликулы. Оптимальным режимом оказалась обработка в течение 3-х минут излучением мощностью 0.5 Вт. При этом была достигнута глубина проникновения 183±9 мкм.

1.Lademann J., Knorr F., Richter H., et al., Hair follicles as a target structure for nanoparticles // J. Innov. Opt. Health Sci. 2015. Vol.8. P. 1-7.
2.Lademann J., Patzelt A., Richter H., et al., Determination of the cuticula thickness of human and porcine hairs and their potential influence on the penetration of nanoparticles into the hair follicles // Journal of Biomedical Optics. - 2009. -Vol. 14(2). -P. 021014.

In the past, it was assumed that topically applied substances pass through the human skin by intercellular penetration.Recently it was found that the hair follicles represent efficient penetration pathways. For drug delivery, the hair follicles are of special interest because they are surrounded by a close network of blood capillaries and dendritic cells, and also host stem cells, which are important for immunology and regenerative medicine.