نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

ساخت پچ ریزسوزن‌ حل‌شونده برای درمان و تسکین درد بیماری آرتریت روماتوئید

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
سید سپهر کوچک کوثری 1
علی پورخلیل 1
هادی تابش 1
حسن فرخ زاد 2
مصطفی بشیری برازنده 1
علی گلکار 1
1 گروه مهندسی علوم زیستی، دانشکدگان‌ علوم ‌و فناوری‌های‌ میان‌رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 گروه پتروشیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
آرتریت روماتوئید یک بیماری مزمن التهابی مفصلی است که غشای زلاله‌ای را تحت‌تأثیر قرار داده و تولید مایع زلاله‌ای، روان‌کننده طبیعی مفاصل، را مختل می‌کند. درمان‌های رایج مبتنی بر متوترکسات به‌رغم کاربرد گسترده، با محدودیت‌هایی چون فراهمی زیستی پایین، سمیت بالا، و نفوذپذیری ضعیف همراه هستند. همچنین، این روش‌ها به طور عمده بر کاهش التهاب تمرکز داشته و برای تسکین درد، نیازمند استفاده هم‌زمان از مسکن‌ها هستند. در این پژوهش، پچ ریزسوزن حل‌شونده‌ای طراحی شده که برای نخستین‌بار حاوی متوترکسات و دو روان‌کننده هیالورونیک اسید و گلیسرول است تا هم‌زمان به درمان و تسکین درد کمک کند. نتایج آزمایش‌های مکانیکی نشان دادند که پچ طراحی‌شده با تحمل نیروی 11/0 نیوتن به‌ازای هر ریزسوزن و نفوذ مؤثر در 4 لایه ابتدایی پارافیلم، قابلیت نفوذ به بافت مفاصل بدون شکستگی را دارد. آزمایش‌های رهایش برون‌تنی از پوست موش ویستار نشان داد که این پچ دارو را به‌صورت موضعی آزادکرده و 46/48 درصد دارو پس از رهایش در بافت باقی می‌ماند. گلیسرول، علاوه بر ایجاد روان‌کنندگی، انعطاف‌پذیری پچ را افزایش داده و توانایی شکل‌پذیری روی مفاصل با انحناهای متغیر را فراهم می‌کند. پچ ریزسوزنی طراحی‌شده با قابلیت درمان و تسکین هم‌زمان درد، امکان بهبود روش‌های درمانی آرتریت روماتوئید را فراهم کرده و جایگزینی مناسب برای روش‌های درمانی موجود در بازار محسوب می‌شود.
کلیدواژه‌ها
آرتریت روماتوئید
ریزسوزن‌های حل‌شونده
متوترکسات
دارورسانی موضعی
روان‌کنندگی مفاصل
هیالورونیک اسید
موضوعات
[1] Rezaee M., Lotfi F., Gholami A., Azizpoor J., Aflaki E., Vazin A., Keshavarz K., Economic Burden of Rheumatoid Arthritis in Iran: A Societal Perspective Economic Burden of RA. (2022).
[2] Radu A. F., Bungau S.G., Management of Rheumatoid Arthritis: An Overview. Cells, 10(11): 2857 (2021).
[3] Weyand C.M., Goronzy J.J., The Immunology of Rheumatoid Arthritis. Nature immunology, 22(1): 10-18 (2021).
[4] Dahl L.B., Dahl I.M., Engström-Laurent A., Granath K., Concentration and Molecular Weight of Sodium Hyaluronate in Synovial Fluid from Patients with Rheumatoid Arthritis and Other Arthropathies, Annals of the rheumatic diseases, 44(12): 817-822 (1985).
[5] Kosinska M.K., Ludwig T.E., Liebisch G., Zhang R., Siebert H.C., Wilhelm J., Steinmeyer, J., Articular Joint Lubricants During Osteoarthritis and Rheumatoid Arthritis Display Altered Levels and Molecular Species. PloS one, 10(5): e0125192 (2015).
[6] Guo Q., Wang Y., Xu D., Nossent J., Pavlos N.J., Xu J., Rheumatoid Arthritis: Pathological Mechanisms and Modern Pharmacologic Therapies. Bone research, 6(1): 15 (2018).
[7] Zhang W., Yin G., Zhao H., Ling H., Xie Z., Xiao C., Chen Y., Lin Y., Jiang, T., Jin S., Wang J., Secreted KIAA1199 Promotes the Progression of Rheumatoid Arthritis by Mediating Hyaluronic Acid Degradation in an ANXA1-Dependent Manner. Cell death & disease, 12(1): 102 (2021).
[8] Seo J., Park S.H., Kim M.J., Ju H.J., Yin X.Y., Min B.H., Kim M.S., Injectable Click-Crosslinked Hyaluronic Acid Depot to Prolong Therapeutic Activity in Articular Joints Affected by Rheumatoid Arthritis. ACS applied materials & interfaces, 11(28): 24984-24998 (2019).
[9] Caporali R., Caprioli M., Bobbio-Pallavicini F., Montecucco C., DMARDS and Infections in Rheumatoid Arthritis. Autoimmunity reviews, 8(2): p. 139-143 (2008).
[10] Friedman B., Cronstein B., Methotrexate Mechanism in Treatment of Rheumatoid Arthritis, Joint bone spine, 86(3): 301-307 (2019).
[11] Wang W., Zhou H., Liu L., Side Effects of Methotrexate Therapy for Rheumatoid Arthritis: A Systematic Review. European journal of medicinal chemistry, 158: 502-516 (2018).
[12] Bianchi G., Caporali R., Todoerti M., Mattana P., Methotrexate and Rheumatoid Arthritis: Current Evidence Regarding Subcutaneous Versus Oral Routes of Administration. Advances in therapy, 33: 369-378 (2016).
[13] Gorantla S., Batra U., Samshritha R.N., Puppala E.R., Waghule,T., Naidu V.G.M., Singhvi G., Emerging Trends in Microneedle-Based Drug Delivery Strategies for the Treatment of Rheumatoid Arthritis. Expert Opinion on Drug Delivery, 19(4): 395-407 (2022).
[14] Rad Z.F., Prewett P.D., Davies G.J., An Overview of Microneedle Applications, Materials, and Fabrication Methods. Beilstein journal of nanotechnology, 12(11): 1034-1046 (2021).
[15] Teymoori M., Poorkhalil A., Farrokhzad H., Tabesh H., Glucose Responsive Microneedle Patch Using a Reversible and an Irreversible Crosslinking Agents. Results in Engineering, 106134 (2025).
[16] Vora D., Garimella H.T., German C.L., Banga A.K., Microneedle and Iontophoresis Mediated Delivery of Methotrexate Into and Across Healthy and Psoriatic Skin. International journal of pharmaceutics, 618: 121693 (2022).
[17] Tekko, I. A., Permana, A. D., Vora L., Hatahet T., McCarthy H.O., Donnelly R.F., Localised and Sustained Intradermal Delivery of Methotrexate using Nanocrystal-Loaded Microneedle Arrays: Potential for Enhanced Treatment of Psoriasis. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 152: 105469 (2020).
[18] Tekko I.A., Chen G., Domínguez-Robles J., Thakur R.R.S., Hamdan I.M., Vora L., Larrañeta E., McElnay J.C., McCarthy H.O., Rooney M. Donnelly R.F., Development and Characterisation of Novel Poly (Vinyl Alcohol)/Poly (Vinyl Pyrrolidone)-Based Hydrogel-Forming Microneedle Arrays for Enhanced and Sustained Transdermal Delivery of Methotrexate. International journal of pharmaceutics, 586: 119580 (2020).
[19] Rajendran K., Pahal S., Badnikar K., Nayak M.M., Subramanyam D.N., Vemula P.K., Krishnan U.M., Methotrexate Delivering Microneedle Patches for Improved Therapeutic Efficacy in Treatment of Rheumatoid Arthritis. International Journal of Pharmaceutics, 642: 123184 (2023).
[20] Zhao W., Zheng L., Yang J., Ma Z., Tao X., Wang Q., Dissolving Microneedle Patch-Assisted Transdermal Delivery of Methotrexate Improve the Therapeutic Efficacy of Rheumatoid Arthritis. Drug Delivery, 30(1): 121-132 (2023).
[21] Orr C., Vieira-Sousa E., Boyle D.L., Buch M.H., Buckley C.D., Cañete J.D., Catrina A.I., Choy E.H., Emery P., Fearon U. Filer A., Synovial Tissue Research: A State-of-the-Art Review. Nature Reviews Rheumatology, 13(8): 463-475 (2017).
[22] Kim K.S., Park S.J., Yang J.A., Jeon J.H., Bhang S.H., Kim B.S., Hahn S.K., Injectable Hyaluronic Acid–Tyramine Hydrogels for the Treatment of Rheumatoid Arthritis. Acta biomaterialia, 7(2): 666-674 (2011).
[23] Chou C.L., Li H.W., Lee S.H., Tsai K.L., Ling H.Y., Effect of Intra-Articular Injection of Hyaluronic Acid in Rheumatoid Arthritis Patients with Knee Osteoarthritis. Journal of the Chinese Medical Association, 71(8): 411-415 (2008).
[24] Lu K.H., Lu P.W.A., Lin C.W., Lu E.W.H., Yang S.F., Different Molecular Weights of Hyaluronan Research in Knee Osteoarthritis: A State-of-the-Art Review. Matrix Biology, 117: 46-71 (2023).
[25] Mishra A., Pathak A., Plasticizers: A Vital Excipient in Novel Pharmaceutical Formulations. Current Research in Pharmaceutical Sciences, 1-10 (2017).
[26] Ananda P.W.R., Elim D., Zaman H.S., Muslimin W., Tunggeng M.G.R., Permana A.D., Combination of Transdermal Patches and Solid Microneedles for Improved Transdermal Delivery of Primaquine. International Journal of Pharmaceutics, 609: 121204 (2021).
[27] Kochhar J.S., Soon W.J., Choi J., Zou S., Kang L., Effect of Microneedle Geometry and Supporting Substrate on Microneedle Array Penetration into Skin. Journal of pharmaceutical sciences, 102(11): 4100-4108 (2013).
[28] Wu M., Xia T., Li Y., Wang T., Yang S., Yu J., Liang Q., Shen T., Yu M. Zhao B., Design and Fabrication of R-Hirudin Loaded Dissolving Microneedle Patch for Minimally Invasive and Long-Term Treatment of Thromboembolic Disease. Asian journal of pharmaceutical sciences, 17(2): 284-297 (2022).
[29] Cao J., Zhang, N., Wang Z., Su J., Yang J., Han J., Zhao Y., Microneedle-Assisted Transdermal Delivery of Etanercept for Rheumatoid Arthritis Treatment. Pharmaceutics. 11(5): 235 (2019).
[30] Lu Y., Xiao T., Lai R., Liu Z., Luo W., Wang Y., Fu S., Chai G., Jia J. Xu Y., Co-Delivery of Loxoprofen and Tofacitinib by Photothermal Microneedles for Rheumatoid Arthritis Treatment. Pharmaceutics, 15(5): 1500 (2023).
[31] Zhang D., Das D.B., Rielly C.D., Microneedle Assisted Micro-Particle Delivery from Gene Guns: Experiments using Skin-Mimicking Agarose Gel. Journal of Pharmaceutical Sciences, 103(2): 613-627 (2014).
[32] Wei H., Liu S., Tong Z., Chen T., Yang M., Guo Y., Sun H., Wu Y., Chu Y. Fan L., Hydrogel-Based Microneedles of Chitosan Derivatives for Drug Delivery. Reactive and Functional Polymers, 172: 105200 (2022).
[33] Oliveira C., Teixeira J.A., Oliveira N., Ferreira S., Botelho C.M., Microneedles’ Device: Design, Fabrication, and Applications. Macromol, 4(2): 320-355 (2024).
[34] Jeong J., Park J., Lee S., 3D Printing Fabrication Process for Fine Control of Microneedle Shape. Micro and Nano Systems Letters, 11(1): 1 (2023).
[35] Yang H.W., Ju S.P., Chen H.Y., Cheng Y.C., Hsu W.L., Ovalbumin-Loaded Gelation Microneedles Made of Predictive Formulation by Molecular Dynamics Simulation for Enhancement of Skin Immunization. ACS Biomaterials Science & Engineering, 5(11): 6012-6021 (2019).
[36] Larrañeta E., Moore J., Vicente-Pérez E.M., González-Vázquez P., Lutton R., Woolfson A.D., Donnelly R.F., A Proposed Model Membrane and Test Method for Microneedle Insertion Studies. International journal of pharmaceutics, 472(1-2): 65-73 (2014).
[37] Liu T., Fu J., Chen M., Wu Q., Quan G., Wu C., Pan X., In Situ Polymeric Nanomicelle-Generating Dissolving Microneedle Patch for Enhanced Transdermal Methotrexate Delivery in Rheumatoid Arthritis Treatment. European Polymer Journal, 210: 113008 (2024).
[38] Penn M.J., Hennessy M.G., Optimal Loading of Hydrogel-Based Drug-Delivery Systems. Applied Mathematical Modelling, 112: 649-668 (2022).
[39] Du H., Liu P., Zhu J., Lan J., Li Y., Zhang L., Zhu J. Tao J., Hyaluronic Acid-Based Dissolving Microneedle Patch Loaded with Methotrexate for Improved Treatment of Psoriasis. ACS applied materials & interfaces, 11(46): 43588-43598 (2019).
[40] Himawan A., Anjani Q.K., Detamornrat U., Vora L.K., Permana A.D., Ghanma R., Naser Y., Rahmawanty D., Scott C.J. Donnelly R.F., Multifunctional Low Temperature-Cured PVA/PVP/Citric Acid-Based Hydrogel Forming Microarray Patches: Physicochemical Characteristics and Hydrophilic Drug Interaction. European Polymer Journal, 186: 111836 (2023).
[41] Du H., Yang J., Li M., Xia Y., Li Y., Zhu J., Zhang L. Tao J., Microneedle-Assisted Percutaneous Delivery of Methotrexate-Loaded Nanoparticles Enabling Sustained Anti-Inflammatory Effects in Psoriasis Therapy. Journal of Materials Chemistry B, 12(10): 2618-2627 (2024).
[42] Evanich J.D., Evanich C.J., Wright M.B., Rydlewicz J.A., Efficacy of Intraarticular Hyaluronic Acid Injections in Knee Osteoarthritis. Clinical Orthopaedics and Related Research (1976-2007), 39: 173-181 (2001).
[43] Gigis I., Fotiadis E., Nenopoulos A., Tsitas K., Hatzokos I., Comparison of Two Different Molecular Weight Intra-Articular Injections of Hyaluronic Acid for the Treatment of Knee Osteoarthritis. Hippokratia, 20(1): 26 (2016).
[44] Saepang K., Buranrat B., Pitaksuteepong T., Boontha S., Effect of Polyvinyl Alcohol Concentrations on the Characteristics and in Vitro Skin Permeation of Rhein-Loaded Dissolving Microneedle Patches. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 108: 106955 (2025).