Phân hủy nhiệt phân đoạn bằng tần số vô tuyến lưỡng cực tạo điều kiện cho việc truyền tải peptide và siRNA qua da với tổn thất chức năng rào cản tối thiểu

Springer Science and Business Media LLC - Tập 32 - Trang 1704-1713 - 2014
Woan-Ruoh Lee1,2, Shing-Chuan Shen1, Chi-Kuang Sun3,4, Ibrahim A. Aljuffali5, Shih-Yun Suen1, Yin-Ku Lin6,7, Jhi-Joung Wang8, Jia-You Fang9,10,11
1Graduate Institute of Medical Sciences, Taipei Medical University, Taipei, Taiwan
2Department of Dermatology, Taipei Medical University Shuang Ho Hospital, New Taipei City, Taiwan
3Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics and Department of Electrical Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan
4Research Center for Applied Sciences and Institute of Physics, Academia Sinica, Taipei, Taiwan
5Department of Pharmaceutics, College of Pharmacy, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.
6Department of Traditional Chinese Medicine, Chang Gung Memorial Hospital, Keelung, Taiwan
7School of Traditional Chinese Medicine, Chang Gung University, Taoyuan, Taiwan
8Department of Medical Research, Chi Mei Medical Center, Tainan, Taiwan
9Pharmaceutics Laboratory, Graduate Institute of Natural Products, Chang Gung University, Taoyuan, Taiwan
10Chinese Herbal Medicine Research Team, Healthy Aging Research Center, Chang Gung University, Taoyuan, Taiwan
11Research Center for Industry of Human Ecology, Chang Gung University of Science and Technology, Taoyuan, Taiwan

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, chúng tôi nhằm mục đích minh họa tính hữu ích của tần số vô tuyến (RF) phân đoạn để tạo ra các vi kênh trong da, cho phép truyền peptide và siRNA qua da. Các cơ chế liên quan đến sự tương quan giữa sự thẩm thấu của đại phân tử và cấu trúc da cũng được giải thích. Hình thái của da được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), kính hiển vi tạo hình đa hài (HGM), và các yếu tố sinh lý. Phân phối da in vivo của các đại phân tử được đánh giá bằng kính hiển vi huỳnh quang và kính hiển vi đồng tâm. Phân hủy nhiệt RF đã chọn lọc tạo ra một loạt các lỗ vi mạch sâu vào biểu bì mà không làm tổn thương đáng kể lớp thượng bì (SC). Với năng lượng 30 mJ, độ sâu của lỗ đạt 35 μm. RF lưỡng cực dẫn đến việc mất nước xuyên biểu bì (TEWL) tăng gấp 3 lần so với da nguyên vẹn. Lượng tích tụ và mức độ dòng chảy của peptide có trọng lượng phân tử (MW) 2335 Da ở nhóm điều trị bằng RF cao gấp 3 và 23 lần so với nhóm không điều trị. RF tăng cường tích tụ siRNA có MW 10 và 15 kDa lần lượt là 6.2 và 2.6 lần. Việc thẩm thấu qua da của các đại phân tử có MW ít nhất 40 kDa có thể được thực hiện bằng RF. Hình ảnh kính hiển vi đồng tâm cho thấy RF có thể truyền peptide hiệu quả lên đến độ sâu ít nhất 74 μm. Độ sâu thâm nhập của siRNA bằng bức xạ RF là khoảng 50 μm. Thiết bị RF mới đã truyền tải hiệu quả các đại phân tử vào da trong khi vẫn giữ được các lớp SC để hỗ trợ một số chức năng rào cản. Trong công trình này, lần đầu tiên sự hỗ trợ của RF phân đoạn trong việc vận chuyển peptide và siRNA đã được chứng minh.

Từ khóa

#tần số vô tuyến phân đoạn #peptide #siRNA #thẩm thấu qua da #phân hủy nhiệt #lớp thượng bì

Tài liệu tham khảo

Peer D, Lieberman J. Special delivery: targeted therapy with small RNAs. Gene Ther. 2011;18:1127–33. Benson HAE, Namjoshi S. Proteins and peptides: strategies for delivery to and across the skin. J Pharm Sci. 2008;97:3591–610. Lee WR, Pan TL, Wang PW, Zhuo RZ, Huang CM, Fang JY. Erbium:YAG laser enhances transdermal peptide delivery and skin vaccination. J Control Release. 2008;128:200–8. Desai PR, Marepally S, Patel AR, Voshavar C, Chaudhuri A, Singh M. Topical delivery of anti-TNFα siRNA and capsaicin via novel lipid-polymer hybrid nanoparticles efficiently inhibits skin inflammation in vivo. J Control Release. 2013;170:51–63. Alexiades-Armenakas MR, Dover JS, Arndt KA. The spectrum of laser skin resurfacing: nonablative, fractional, and ablative laser resurfacing. J Am Acad Dermatol. 2008;58:719–37. Goldberg DJ, Berlin AL, Phelps R. Histologic and ultrastructural analysis of melasma after fractional resurfacing. Lasers Surg Med. 2008;40:134–8. Alvarez N, Ortiz L, Vicente V, Alcaraz M, Sánchez-Pedreño P. The effects of radiofrequency on skin: experimental study. Lasers Surg Med. 2008;40:76–82. Chandrasekhar S, Iyer LK, Panchal JP, Topp EM, Cannon JB, Ranade VV. Microarrays and microneedle arrays for delivery of peptides, proteins, vaccines and other applications. Expert Opin Drug Deliv. 2013;10:1155–70. Lin CH, Aljuffali IA, Fang JY. Lasers as an approach for promoting drug delivery via skin. Expert Opin Drug Deliv. 2014;11:599–614. Pan TL, Wang PW, Lee WR, Fang CL, Chen CC, Huang CM, et al. Systematic evaluations of skin damage irradiated by an erbium:YAG laser: histopathologic analysis, proteomic profiles, and cellular response. J Dermatol Sci. 2010;58:8–18. Lee JH, Tsai MR, Sun CK, Chiang BL. Evaluation of the role of CD207 on Langerhans cells in a murine model of atopic dermatitis by in situ imaging using Cr:forsterite laser-based multimodality nonlinear microscopy. J Biomed Opt. 2012;17:116007. Hsieh PW, Chen WY, Aljuffali IA, Chen CC, Fang JY. Co-drug strategy for promoting skin targeting and minimizing transdermal diffusion of hydroquinone and tranexamic acid. Curr Med Chem. 2013;20:4080–92. Lee WR, Shen SC, Liu CJ, Fang CL, Hu CH, Fang JY. Erbium:YAG laser-mediated oligonucleotide and DNA delivery via the skin: an animal study. J Control Release. 2006;115:344–53. Choi S, Cheong Y, Shin JH, Lee HJ, Lee GJ, Choi SK, et al. Short-term nanostructural effects of high radiofrequency treatment on the skin tissues of rabbits. Lasers Med Sci. 2012;27:923–33. Haak CS, Illes M, Paasch U, Hӕdersdal M. Histological evaluation of vertical laser channels from ablative fractional resurfacing: an ex vivo pig skin model. Lasers Med Sci. 2011;26:465–71. Lee WR, Shen SC, Aljuffali IA, Li YC, Fang JY. Impact of different vehicles for laser-assisted drug permeation via skin: full-surface versus fractional ablation. Pharm Res. 2014;31:382–93. Wollina U. Treatment of facial skin laxity by a new monopolar radiofrequency device. J Cutan Aesthet Surg. 2011;4:7–11. Elman M, Harth Y. Novel multi-source phase-controlled radiofrequency technology for non-ablative and micro-ablative treatment of wrinkles, lax skin and acne scars. Laser Ther. 2011;20:139–44. Lee HS, Lee DH, Won CH, Chang HW, Kwon HH, Kim KH, et al. Fractional rejuvenation using a novel bipolar radiofrequency system in Asian skin. Dermatol Surg. 2011;37:1611–9. Gomaa YA, Morrow DIJ, Garland MJ, Donnelly RF, El-Khordagui LK, Meidan VM. Effects of microneedle length, density, insertion time and multiple applications on human skin barrier function: assessments by transepidermal water loss. Toxicol in vitro. 2010;24:1971–8. Yan G, Warner KS, Zhang J, Sharma S, Gale BK. Evaluation needle length and density of microneedle arrays in the pretreatment of skin for transdermal drug delivery. Int J Pharm. 2010;391:7–12. Sadick S. Bipolar radiofrequency for facial rejuvenation. Facial Plast Clin N Am. 2007;15:161–7. Chen X, Shah D, Kositratna G, Manstein D, Anderson RR, Wu MX. Facilitation of transcutaneous drug delivery and vaccine immunization by a safe laser technology. J Control Release. 2012;159:43–51. Lee JW, Gadiraju P, Park JH, Allen MG, Prausnitz MR. Microsecond thermal ablation of skin for transdermal drug delivery. J Control Release. 2011;154:58–68. Franco W, Kothare A, Ronan SJ, Grekin RC, McCalmont TH. Hyperthermic injury to adipocyte cells by selective heating of subcutaneous fat with a novel radiofrequency device: feasibility studies. Lasers Surg Med. 2010;42:361–70. Tsai MR, Lin CY, Liao YH, Sun CK. Applying tattoo dye as a third-harmonic generation contrast agent for in vivo optical virtual biopsy of human skin. J Biomed Opt. 2013;18:026012. Tsai TH, Jee SH, Chan JY, Lee JN, Lee WR, Dong CY. Visualizing laser-skin interaction in vivo by multiphoton microscopy. J Biomed Opt. 2009;14:024034. Koehler MJ, Speicher M, Lange-Asschenfeldt S, Stockfleth E, Metz S, Elsner P, et al. Clinical application of multiphoton tomography in combination with confocal laser scanning microscopy for in vivo evaluation of skin diseases. Exp Dermatol. 2011;20:589–94. Seidenari S, Arginelli F, Bassoli S, Cautela J, French PM, Guanti M, et al. Multiphoton laser microscopy and fluorescence lifetime imaging for the evaluation of the skin. Dermatol Res Prac. 2012;2012:810749. Edward AF, Massaki ABMN, Fabi S, Goldman M. Clinical efficacy and safety evaluation of a monopolar radiofrequency device with a new vibration handpiece for the treatment of facial skin laxity: a 10-month experience with 64 patients. Dermatol Surg. 2013;39:104–10. Birchall J, Coulman S, Anstey A, Gateley C, Sweetland H, Gershonowitz A, et al. Cutaneous gene expression of plasmid DNA in excised human skin following delivery via microchannels created by radio frequency ablation. Int J Pharm. 2006;312:15–23. Levin G, Gershonowitz A, Sacks H, Stern M, Sherman A, Rudaev S, et al. Transdermal delivery of human growth hormone through RF-microchannels. Pharm Res. 2005;22:550–5. Chong RHE, Gonzalez-Gonzalez E, Lara MF, Speaker TJ, Contag CH, Kaspar RL, et al. Gene silencing following siRNA delivery to skin via coated steel microneedles: in vitro and in vivo proof-of-concept. J Control Release. 2013;166:211–9. Tsai TH, Lin SJ, Lee WR, Wang CC, Hsu CT, Chu T, et al. Visualizing radiofrequency-skin interaction using multiphoton microscopy in vivo. J Dermatol Sci. 2012;65:95–101. Lanke SSS, Kolli CS, Strom JG, Banga AK. Enhanced transdermal delivey of low molecular weight heparin by barrier perturbation. Int J Pharm. 2009;365:26–33. Fang JY, Lee WR, Shen SC, Wang HY, Fang CL, Hu CH. Transdermal delivery of macromolecules by erbium:YAG laser. J Control Release. 2004;100:75–85. Lu ZJ, Mathews DH. Efficient siRNA selection using hybridization thermodynamics. Nucleic Acids Res. 2008;36:640–7. Wosicka H, Cal K. Targeting to the hair follicles: current status and potential. J Dermatol Sci. 2010;57:83–9. Lee WR, Shen SC, Al-Suwayeh SA, Yang HH, Yuan CY, Fang JY. Laser-assisted topical drug delivery by using a low-fluence fractional laser: imiquimod and macromolecules. J Control Release. 2011;153:240–8. Kim J, Jang JH, Lee JH, Choi JK, Park WR, Bae IH, et al. Enhanced topical delivery of small hydrophilic or lipophilic active agents and epidermal growth factor by fractional radiofrequency microporation. Pharm Res. 2012;29:2017–29. Hruza G, Taub AF, Collier SL, Mulholland SR. Skin rejuvenation and wrinkle reduction using a fractional radiofrequency system. J Drug Dermatol. 2009;8:259–65. Smith FJD, Hickerson RP, Sayers JM, Reeves RE, Contag CH, Leake D, et al. Development of therapeutic siRNAs for pachyonychia congenital. J Investig Dermatol. 2008;128:50–8.