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微针行业是如何一步一步发展起来的?

2021-03-01 10:21
动脉网
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2020年9月,《Medical Devices & Sensors》杂志上发表了一项“纸质微针贴片用于血糖监测”的研究成果。

研究介绍,日本东京大学的科学家将微针贴片和一些平价一次性纸质生物医学检测工具结合,制成了一款纸质微针贴片,可以测量患者血糖水平。

当此类贴片贴于皮肤时,针头无痛刺穿皮肤表层,并吸入皮肤细胞周围的组织液,为后续分析提供样本。由于液体中的生物标志物水平与血液中的生物标志物水平相对应,因此微针贴片通常可以取代皮下注射针头,抽取实际的血液样本。

在外媒的报道中,研究人员表示这一纸质微针贴片若得到进一步发展,用户将可以在家中使用平价、一次性、可生物降解且具有生物相容性的装置来监测自己是否处于糖尿病前期。此外,通过实施葡萄糖以外的生物标志物敏感的纸张,该技术也可适用于其他情况测试。

微针此前便凭借其无痛微创、方便使用、意外针刺风险低等优点和广阔的市场前景,受到了国际药企、学术机构的追捧。这一研究无疑进一步扩大了微针技术的应用空间。

随着微加工技术的发展,我国医药研究投入比重的加大,微针给药系统的相关研究和应用也在不断增加,一定程度上推动了我国微针给药行业的发展。

微针行业是如何一步一步发展起来的?在这个新兴行业当中,哪些行业大佬已经坐拥行业资源?他们是依靠怎样的产品体系和商业模式走在前列?又有哪些新锐企业蓄势待发,意欲用创新技术、业务模式抢食分羹?种种疑问都等待着解答。

透皮给药中最有潜力的微针给药技术

口服和注射两种给药方式是最为普遍的两种给药方式。口服片剂服用方便,但对幼小儿童不友好,且所有片剂都通过肠胃吸收,具有肝脏的首过效应,吸收利用度低,对肝脏等脏器也具有较强的副作用;针剂能够直接注射至人体组织或血管,但也有疼痛感强、病人配合度低等缺点。

随着科学和生物医疗技术的发展,一种新型治疗方式出现了——微针给药。

1976年,Gerstel 和 Place提出了中空针阵列用于经皮给药的概念,使用长度在5μm-100μm且具有针形状的针阵列来刺穿皮肤角质层。该针阵列采用中空针,将药物置于中空针内,并递送至角质层。这种兼具传统经皮给药和片剂给药优点的新型经皮给药技术,被称为“微针”。

微针可以定义为高10-2000μm、宽10-50μm的针,具有给药意义的装置是微针阵列,即许多微针以阵列的方式排列在给药载体上。微针的长度在几百微米到几毫米不等,它可以恰好穿过皮肤角质层而又不触及痛觉神经,在皮肤表面形成给药通道,使药物到达皮肤指定深度,并进入皮下的毛细管网被吸收,在起到促进药物渗透的同时又不引起痛感和皮肤损伤。因此,微针有助于提高药物的给药效率和改善病人的依从性。

由于技术的限制,直到二十世纪九十年代,随着高精度半导体、微电子设备的出现,这种微结构器件才得以成为现实。

微针最重要的优势在于它可以使大分子穿透角质层,并且相对于注射给药,它几乎无损伤性、无痛感,相当于皮下给药,易被患者接受。另外,通过微针给药,药物的剂量比较稳定且可控制。使用微针贴剂的感受就好比在脸上贴了一片创可贴,患者没有任何不适感。所以,微针也被称为是一种革命性的新剂型和新的给药方式。外用药、化妆品、生物制剂、部分化药等都可以进行微针贴剂化改造,市场空间非常可观。据Grand View Research的报告显示,以微针和机械阵列为导向的透皮给药产品最有增长潜力,其中机械阵列透皮给药系统预计将以超过12.5%的利润率增长。

微针行业的快速发展,从专利的申请数量上也可见一斑。2001年起,ALZA和碧迪医疗开启大规模微针专利活动,引发了第一个微针专利加速阶段;2012年后,3M、久光制药、Toppan Printing在微针领域的活动开始频繁。2015年后,新公司如雨后春笋般露出,微针相关的专利申请也有高速增长。

微针透皮给药应用广泛,可用于小分子、生物制剂、疫苗、细胞内DNA/RNA等透皮递送,疫苗、糖尿病、皮肤病、医美是微针在现阶段的主要研究方向。

行业先行者布局医疗、美容微针

目前,全球领先的微针给药系统包括强生旗下的ALZA、3M、Zosano、碧迪医疗、LG、CosMED Pharmaceutical等国外领先企业。

ALZA是全球载药技术先驱,于2001年被强生以123亿美元高价收购。ALZA研发了Macroflux透皮给药技术、隐型脂质体 ( STEALTH Liposomes) 技术、OROS渗透技术和DUROS植入式渗透型给药系统等7种透皮给药技术,帮助生物活性大分子和小分子复合物的持续给药,药效长达数日到1个月。该公司还与加拿大生物制药企业Theratechnologies合作,进行甲状腺素微针临床研究。研究结果表明微针给药的药动学曲线与皮下注射相似,甲状腺微针剂型将有望成为注射剂型的替代品。

Zosano是一家临床阶段的生物制药公司,可使用专有的皮内微针贴片系统对患者进行治疗剂和其他生物活性分子的系统管理。M207是Zosano的核心产品,是治疗偏头痛的一种新型佐米曲坦制剂。

3M通过与制药和生物技术企业合作,联合开发利用3M储库型微结构透皮给药技术(hMTS)的相关产品并进行临床试验。3M官网介绍,3M的储库型微结构透皮给药技术拥有可再生的皮内传输、被证明可传输高达2毫升各种黏度制剂的能力优势,以及依赖活性药成分的优势。3M主要研究空心微针、固体微针、给药器,开发的hMTS已有较为成熟的应用。

由于药品和疫苗的研发、上市周期较长,不少企业开始将目光转至一些研发周期较短的市场,比如消费医疗也是微针技术应用较广泛的领域,常见的有微针植发、微针美容等。

克奥尼斯是微针技术应用在医美领域的明星品牌,隶属于日本企业CosMED Pharmaceutical。

2001年,为了研究、开发和实时基于TTS(透皮治疗系统)技术的产品,京都药科大学药剂学教授神山文男及其多学科研究团队合资成立了CosMED Pharmaceutical,致力于开发透皮吸收型药物、化妆品以及医用胶粘剂产品的解决方案。

神山文男为京都大学工学博士,从事高分子、临床检查系统及DDS、透皮吸收制剂研发达40余年,被誉为“世界无创透皮吸收技术先驱者及引导者”。

成立之初,CosMED主要研究流感疫苗和胰岛素等高分子药物注射的替代给药方案,以减轻注射器反复注射给患者带来的疼痛和皮肤病变危险。随着对微针技术研发的日趋深入,该公司发现微针技术在医美领域也能取得理想效果。

制造微针的材料主要有金属、硅、二氧化硅及可生物降解的聚合物等。不同材料的微针具有不同的特性和用途。2006年以前,微针多以金属、硅等硬质材料制成,存在破裂和残留在皮肤中,以及药物吸收不良的问题,且商业化尚未落地。CosMED 诞生了使用玻尿酸和胶原蛋白等可在皮肤内溶解的物质来制造“可溶性微针”的构想。

随后,CosMED开始了可溶性微针的研究。

可溶性微针是一种能安全有效地促进药物和有效成分渗入体内的药物传递系统(DDS)。CosMED以具有高生物亲和性的高分子玻尿酸作为基材,将药剂和有效成分的混合物根据用途和目的成形为由数十至数百μm长的细针整列而成的片状物。 通过粘到皮肤上,使针直接进入皮肤内部,并在内部溶解和渗透。因此,与将药剂涂到皮肤上相比,可溶性微针能更有效地将更多的有效成分传递到体内。

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经过两年的探索,CosMED成功开发出了使药剂结晶在由皮肤本身成分的玻尿酸和胶原蛋白构成的,肉眼几乎不可见的超微细针中的“可溶性微针”技术(DDS,药物释放系统)。该系统将以皮肤中天然存在的透明质酸为原料的微针粘贴在皮肤上,便能将高分子成分释放到皮肤内。

CosMED将这一技术被应用到了研发上市周期更短的化妆品上,并于2008年在世界上率先确定了工业化制法,成功实现了商品化。同年,CosMED成立了高端化妆品品牌克奥尼斯(Quanis)。11月,世界首例微针化妆品上市。2014年8月,CosMED开始销售克奥尼斯品牌化妆品。这一年,克奥尼斯系列产品微针注肤晶开始在中国销售。

2017年,百洋医药集团子公司乐葆健康与CosMED达成战略合作协议,引进了全球首创无创可溶微针注入技术。乐葆健康成为CosMED可溶性微针贴中国区总代理。

CosMED官网显示,该公司正与大阪大学、京都药科大学共同开发应用微针技术的药物,使丙型肝炎和糖尿病治疗药物透皮洗手的“给药贴片”,以及能够接种流感疫苗的“粘贴性疫苗”。

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