減少治療劑量的方法和裝置的制作方法

專利名稱：減少治療劑量的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在皮膚的真皮內層中施用物質的方法和設備。
相關申請的相互參照本申請是2001年6月29日提出的美國申請09/893,746的部分繼續申請，美國申請09/893,746是2001年4月13日提出的美國申請09/835,243的部分繼續申請，是2000年6月29日提出的09/606,909的部分繼續申請，是1999年10月14日提出的美國申請09/417,671的部分繼續申請，本文納入各篇在整體上作為參考。
背景技術：
長期以來已認識了有效和安全地施用藥學物質如診斷劑和藥物的重要性。雖然對所有的藥學物質的一個重要依據，在生物技術產業中出現的對大分子如蛋白質獲得足夠的生物利用度的需要近來被強調以獲得有效和可重復的吸收(Cleland et al.，Curr.Opin.Biotechnol.12212-219，2001)。長期以來使用傳統的針提供了通過皮膚對人類和動物施用藥學物質的途徑。已進行了大量的努力以獲得通過皮膚的可重復和有效的傳遞并改善注射的緩和和減少與傳統的針相關的焦慮和/或疼痛。而且，某些傳遞系統完全不用針，并依靠化學介質或外部的驅動力如離子電滲電流或電穿孔或熱穿孔或超聲波透入以突破皮膚的最外層—角質層，并通過皮膚表面傳遞物質。但是，這種傳遞系統不能可重復地突破皮膚屏障或傳遞藥學物質到皮膚表面下的特定深度，因此臨床結果可以是多變的。因而，機械性突破角質層如用針，被認為是最可重復地提供通過皮膚表面施用物質的方法，并在施用物質部位提供控制和可靠性。
在皮膚表面下傳遞物質的方法幾乎僅涉及經皮施用，即穿過皮膚到皮膚下位置傳遞物質。經皮傳遞包括皮下、肌肉內或靜脈內施用途徑，肌肉內(IM)和皮下(SC)注射是最常用的。
解剖上，身體的外表面由兩個主要的組織層組成，外表皮和其下的真皮，一起構成皮膚(綜述，參見《皮膚的生理、生化和分子生物學》Physiology，Biochemistry，and Molecular Biology of the Skin)，L.A.Goldsmith，編，Oxford UniversityPress，New York，1991)。表皮被細分為總厚度在75和150μm之間的五個層。在表皮下是真皮，它包含兩層，最外層部分被稱為乳頭狀真皮，較深層被稱為網狀真皮。乳頭狀真皮包含大量的微循環血液和淋巴叢。相反，網狀真皮相對無細胞和無血管并由致密膠原性和彈性結締組織構成。在表皮和真皮下面是皮下組織，也被稱為皮下組織，由結締組織和脂肪組織組成。肌肉組織位于皮下組織之下。
如上所述，皮下組織和肌肉組織常被用來作為施用藥學物質的部位。但是真皮很少被作為施用物質的部位，這也許，至少部分是由于精確地把針安置在真皮內的空間是困難的。而且，即使真皮，特別是乳頭狀真皮已知具有高度的多血管狀態，至今為止還未知道可利用這種高度的多血管狀態來獲得可與皮下施用相比的改善的施用物質的吸收曲線。這是由于小藥物分子在使用于皮下組織后通常被迅速吸收，這遠比定位于真皮更容易和可預測。另一方面，不管多血管狀態的程度，大分子如蛋白質通常不能通過毛細管上皮被很好吸收，所以不能期望通過更困難的真皮內施用獲得明顯優于皮下施用的吸收，甚至是大分子。
在皮膚表面下施用和進入真皮內空間部分的方法已經被常規用于Mantoux結核菌素試驗。在該過程中，純化的蛋白衍生物被淺小角度用27或30號針注射到皮膚表面(Flynn等，Chest 1061463-5，1994)。然而，注射部位的不確定性程度會導致一些假陰性試驗結果。而且，該試驗涉及局部注射以引出注射部位的反應，Mantoux方法并未導致真皮內注射用于全身性施用物質。
一些小組報道了用于全身性施用的具有“真皮內”特征的注射。在一個報道中，對皮下和被稱為“真皮內”注射進行了對比研究(Autret等Therapie 465-8，1991)。被測試的藥學物質是降鈣素，一種分子量約3600的蛋白質。雖然據說藥物被真皮內注射到，用4mm針以60度角推入。這會導致在3.5mm深度的注射和進入網狀真皮的較低部分或進入皮下組織而不是形成血管的乳頭狀真皮。事實上，如果注射入網狀真皮的較低部分而未進入皮下組織，預期該物質或者在相對少的血管網狀真皮中緩慢吸收，或者擴散入皮下區域導致在功能上與皮下施用和吸收一樣。這種實際或功能性皮下施用可以解釋報道中皮下施用和具有真皮內施用特征的施用之間、在達到最大血漿濃度的時間上、每個分析時間和曲線下的面積的濃度缺少差異。
相似地，Bressolle等使用4mm針以具有“真皮內”特征的注射施用頭孢他啶鈉(Bressolle等，J Pharm.Sci.821175-1178，1993)。這會導致在皮膚表面下4mm深度的注射產生實際或功能性皮下注射，由于頭孢他啶鈉是親水的和相對低分子量的，雖然在此例中已預計良好的皮下吸收。
另一個小組報道了真皮內藥物傳遞設備(美國專利5,997,501)。報道中指出注射速度慢和注射部位預計在表皮下的某些區域，即在表皮和真皮之間的交界或真皮或皮下組織的內部。但是，該參考文獻未提供選擇性施用到真皮中的提示，也未提示源自該選擇性施用的任何可能的藥物動力學優勢。
所以對有效和安全施用藥學物質的方法和設備仍然有持續的需求。
發明概要公開涉及基于直接以真皮內空間為目標的一種新的非腸道施用方法，該方法可明顯改變施用物質的藥物動力學(PK)和藥效學(PD)參數。使用以下被稱為真皮進入裝置的直接真皮內(ID)施用方法，例如，使用基于顯微操作針的注射和輸注系統(或精確定位真皮內空間的其他方法)，許多物質包括藥物和診斷物質的藥物動力學，特別是蛋白質和肽激素，當與傳統的皮下和靜脈內傳遞的非腸道施用途徑相比時可以改變。這些發現不僅與基于微型設備的注射裝置有關，而且還與其他傳遞方法有關，如不需要或無針的沖擊注射液體或粉劑到真皮內(ID)空間的方法，Mantoux型真皮內(ID)注射，通過微型設備增強的電離子電滲，和將液體、固體或其他劑量形式直接沉積到皮膚中的方法。公開的方法是增加不需要靜脈內進入的非腸道施用藥物的攝入速度的方法。該傳遞方法的一個明顯有益的效果是提供了較短的Tmax(獲得藥物最大血液濃度的時間)。潛在的相關益處包括在特定的單位劑量有較高的最大濃度(Cmax)，較高的生物利用度，更快的攝入速度，藥效或生物效應更快起效，并減少藥物長效效應。根據本發明改善的藥物動力學意味著與皮下、肌肉內或其他非靜脈內非腸道的藥物傳遞方法相比，增加了生物利用度，減少了延滯時間(Tlag)，減少了Tmax，更快的吸收速度，對施用的特定量的化合物能更快起效和/或有增加了Cmax。
生物利用度是指特定劑量到達血液隔室的總量。這通常是通過對濃度與時間圖中在曲線下的面積測得的。“延滯”時間是指在施用化合物和達到血液或血漿水平可測定或可檢測的時間之間的延遲。Tmax是代表獲得化合物的最大血液濃度的時間值，Cmax是指用特定劑量和施用方法達到的最大血液濃度。起效的時間隨Tlag、Tmax和Cmax而變，所有這些參數影響獲得血液(或靶組織)濃度必需的時間，血液(或靶組織)濃度是實現生物效應必需的。Tmax和Cmax可以通過對圖形結果的視覺檢視確定并能提供比較一種化合物的兩種施用方法的充足的信息。但是，使用動力學模型(如下文所述)分析和/或其他本領域技術人員已知的方法可以更精確地確定數值。
如本發明所述的直接向真皮空間可使藥物和診斷物質的起效更快。發明者發現通過控制性真皮內(ID)施用使物質快速吸收和全身性地分布，控制性真皮內(ID)施用選擇地進入真皮血管和淋巴微毛細管，因此與皮下(SC)施用相比物質可更迅速地產生有益效果。這對需要快速起效的藥物有特別的意義，如降低血糖的胰島素，如用于克服癌癥疼痛的疼痛緩解藥，或偏頭痛緩解藥，或急救藥物如腎上腺素或抗蛇毒素。天然激素也是以搏動形式傳遞，快速起效爆發接著快速清除。例子包括胰島素是應生物刺激而傳遞的，如高血糖水平。另一個例子是女性生殖激素，以搏動形式在時間間隔中傳遞。人生長激素也在正常患者期間在睡眠中以搏動形式傳遞。其好處在于通過模仿天然機體節律使用合成藥物化合物獲得更好的治療。同樣，它可以更好地促進一些現有的治療如通過胰島素傳遞控制血糖。目前許多制備“閉環”(closed loop)胰島素泵的嘗試受到施用胰島素和等待生物效應發生之間時間延遲的阻礙。這使得在沒有過量滴定和低血糖風險下，實時確定是否給予了足夠的胰島素變得困難。真皮內(ID)傳遞的更快的PK/PD消除了許多這類問題。
哺乳動物皮膚包含兩層，如上所述，表皮和真皮。表皮由五層組成，角質層、透明層、顆粒層、棘層和生發層；真皮由兩層組成，上層乳頭狀真皮和深層網狀真皮。表皮和真皮的厚度在個體之間有變化，在同一個體的體內不同部位有不同。例如，據報道表皮厚度從約40到約90μm不等，據特定的研究報道，真皮厚度范圍在身體一些區域的表皮下小于1mm到身體其他區域的表皮下2到約4mm(Hwang等，AnnPlastic Surg 46327-331，2001；Southwood，Plast.Reconstr.Surg 15423-429，1955；Rushmer等，Science 154343-348，1996)。
如本文所述，真皮內是指用這樣的方式施用物質到真皮中，物質容易地到達血管豐富形成的乳頭狀真皮和被快速吸收到毛細血管和/或淋巴管以獲得全身性生物利用。該情況可以通過放置物質在真皮上部區域獲得，即乳頭狀真皮或相對少的血管網狀真皮的上部區域，使物質容易地擴散到乳頭狀真皮中。據信放置物質主要在至少約0.3mm，至少約0.4mm更佳，至少約0.5mm最佳的深度到不超過約2.5mm，不超過2.0mm更佳，不超過1.7mm最佳的深度會導致大分子和/或疏水物質的快速吸收。放置物質主要在較大的深度和/或在網狀真皮中的較低部位被認為導致物質在血管少的網狀真皮或在皮下區域的吸收緩慢，二者會導致大分子和/或疏水物質的吸收減少。物質在乳頭狀真皮下的真皮空間中和網狀真皮中控制性傳遞，但足夠高于真皮和皮下組織之間的交界，這種傳遞應能夠使物質足夠(向外)移動到(未干擾的)血管床和淋巴微毛細管床(在乳頭狀真皮中)，通過這些微毛細管物質運輸不受任何其他皮膚組織區室的分隔，可吸收入全身性循環。
本發明的另一個益處是獲得藥物或診斷制劑更迅速的全身性分布和襯償。這也同體內以搏動形式分泌的許多激素有關。許多副作用與施用物質的持續循環水平有關。一個很有關的例子是女性生殖激素，當在血液中持續存在時實際具有相反的作用(導致不育)。同樣，持續和升高的胰島素水平被認為會在數量和敏感性上下調胰島素受體。
本發明的另一個益處是獲得藥物或診斷制劑較高的生物利用度。對真皮內(ID)施用高分子量物質，特別是蛋白質、肽和多糖該效果最明顯。直接益處是真皮內(ID)施用增加生物利用度，當使用較少活性劑時獲得相當的生物效應。這對藥物制造商和或許消費者有直接的經濟益處，特別是對昂貴的蛋白質治療劑和診斷。同樣，較高生物利用度可減少總給藥和減少患者的與較高給藥有關的副作用。在這些實例中，本發明可獲得明顯的劑量節約效果，與現有技術的方法相比提供明顯的經濟和治療益處。治療一種病理情況癥狀所需的有效量與例如皮下傳遞相同物質相比可減少10％、20％、30％或更多。
本發明的另一個益處是獲得藥物或診斷制劑較高的最大濃度。發明者發現真皮內(ID)施用物質的吸收更迅速，推注施用產生較高的起始濃度。這對功效與最大濃度有關的物質來說更有利。更迅速起效使得用較少量的物質就達到較高的Cmax值。因此，可以減少劑量，提供經濟益處，同樣帶來生理益處，因為機體必須清除的藥物或診斷制劑的量少了。
本發明的另一個益處是在藥物或診斷制劑系統性清除速度或體內清除機制中沒有變化。至今申請人所有的研究中測試物質的系統性清除速度與通過靜脈內(IV)或皮下(SC)給藥途徑保持相同。這表明該給藥途徑在系統性清除的生物機制中沒有變化。從調整觀點看這是有益的，因為在向FDA申請批準之前不需要重新調查降解和清除途徑。從藥物動力學觀點看這也是有益的，因為提供了給藥方案的可預見性。如果一些物質的清除機制是濃度依賴的，它們會更快迅速從體內清除。因為真皮內(ID)傳遞產生較高的Cmax，清除速度可增加，雖然體內清除機制保持不變。
本發明的另一個益處是在藥效機制或生物反應機制中沒有變化。如上所述，按照申請人所要求的方法施用藥物仍然通過與其他傳遞方法內在的相同生物途徑產生效應。任何藥效變化只與出現、消失的差異形式，和存在于生物系統中的藥物或診斷制劑濃度有關。
使用本發明的方法，藥學化合物可以推注或輸注施用。本文所述的術語“推注”是指在小于(10)分鐘的時間內傳遞的量。“輸注”是指在大于(10)分鐘的時間內傳遞物質。可以理解該推注施用或傳遞可以用速度控制的方法進行，如泵，或用非特殊的速度控制方法，例如使用者自己注射。
本發明的另一個益處是排除了在全身性吸收之前藥物通過并在皮膚組織隔室中截留時引起的物理或動力學阻礙。上述阻礙的排除使得本發明極廣泛地應用于各種藥物類型。許多皮下施用的藥物產生長效效應—即，藥物緩慢地從被截留的皮下(SC)空間傳遞，該步驟是在全身性吸收前的決速步驟，是由于對脂肪組織的親和力或通過脂肪組織的緩慢擴散。與真皮內(ID)施用相比，該長效效應導致較低的Cmax和較長的Tmax，并可導致個體之間吸收的易變性增高。該效應也適合與真皮傳遞方法比較，包括被動藥貼技術，有或沒有滲透增強，離子電滲技術，超聲波透入，或角質層消融或破裂方法。透皮藥貼技術依賴通過高度不滲透的角質層和表皮屏障的藥物分配。除了高度親脂性化合物很少有藥物能突破該屏障，而且由于組織飽和及藥物的截留常顯示延長的補償動力學。活性透皮方法，常快于被動轉運方法，仍然受到化合物類型的限制，這些化合物類型可被電荷排斥或其他電子或靜電方法移動，或通過使用聲波時組織的空腔形成引起的短暫孔道被動攜帶。角質層和表皮仍提供抑制這種運輸的有效方法。通過熱或激光消融、研磨方法或其他方法除去角質層，仍抑制缺乏促進藥物穿透或攝取的驅動力。通過機械方法直接真皮內(ID)施用克服皮膚的動力屏障特性，并不受到藥物的藥學或理化特性或其配方賦形劑的限制。
本發明的另一個益處是劑量方案的高度可控性。申請人確定真皮內(ID)輸注研究顯示劑量曲線是高度可控的和可預見的，由于按照本途徑傳遞的藥物或診斷制劑的快速起效和補償動力學。當真皮內(ID)傳遞伴隨液體控制方法或其他調節測量進入體內的藥物或診斷制劑的其他控制系統幾乎完全控制所需要的劑量方案。該單個益處本身就是大多數藥物或診斷制劑傳遞方法的主要目標。如前所述的推注真皮內(ID)物質施用導致動力學與靜脈內(IV)注射最相似，最適合于疼痛緩解的化合物、餐時胰島素、急救藥物、勃起功能障礙化合物或其他需要快速起效的藥物。也包括與能夠單獨作用或協同作用的物質聯合使用。通過輸注擴展真皮內(ID)施用持續時間能有效模仿皮下(SC)攝入參數，但有更好的可預見性。該曲線對物質如生長激素或鎮痛藥特別有效。較長持續時間的輸注，通常以低輸注速度可導致藥物的持續低基礎水平，這適合抗凝劑、基礎胰島素和慢性疼痛的治療。這些動力學曲線可組合成多種形式以顯示幾乎任何需要的動力學曲線。一個例子是用于懷孕誘導的生殖激素(LHRH)的搏動傳遞，它需要在搏動之間具有總清除率每90分鐘的間歇峰。其他的例子有用于緩解偏頭痛藥物的快速高峰起效，繼以用于疼痛預防的較低水平。
本發明的另一個益處是減少了藥物和診斷制劑的降解和/或不需要的免疫原性活性。使用化學增強劑或離子電滲、或超聲波透入或電穿孔或熱穿孔的透皮方法要求藥物通過有高代謝和免疫原性活性的有活力的表皮層。在表皮中的物質代謝轉換或免疫球蛋白螯合減少了可以吸收的藥物的量。真皮內(ID)施用通過將藥物直接置于真皮中，完全繞過了表皮，回避了這個問題。
本發明的這些益處是通過在乳頭狀真皮直接定向吸收和控制藥物、診斷制劑和其他物質在皮膚的真皮空間的吸收實現的。發明者發現通過特別定向真皮內空間和控制傳遞的速度和形式，特定藥物顯示的藥物動力學能有意想不到的改善，在許多情況下可隨著產生的臨床益處而變化。除了通過靜脈內(IV)進入，還無法通過其他非腸道施用途徑來容易地獲得或控制該藥物動力學。
本發明改善了真皮內(ID)藥物、診斷制劑和其他物質傳遞到人類和動物的臨床使用。這些方法使用了真皮進入方法(例如小規格針，特別是微型針)，以直接定向真皮內空間和以推注或輸注傳遞放物質到真皮內空間。已經發現真皮進入方法意味著在真皮內對活性物質提供了有效的傳遞和藥物動力學控制。真皮進入方法是被設計用來防止物質從皮膚中漏出和改善真皮內空間的吸收。已經發現本發明的激素藥物傳遞的藥物動力學與傳統的皮下(SC)藥物傳遞的藥物動力學有很大不同，說明本發明的真皮內(ID)施用會提供改善的臨床結果。真皮進入方法的傳遞裝置是指在真皮內空間合適的深度和控制液體傳遞的容量和速度提供物質精確傳遞到需要的位置而沒有漏出。
公開的方法增加了沒有靜脈內(IV)進入的非腸道施用的藥物攝入速度。該效果提供了較短的Tmax。潛在的結果益處包括對特定單位劑量有較高的最大濃度(Cmax)、較高的生物利用度、藥效或生物效應的更迅速起效和降低的藥物長效效應。
還已經發現通過對真皮進入方法的合適深度控制，本發明的激素藥物傳遞的藥物動力學，如果需要，能產生與傳統的皮下(SC)藥物傳遞相似的臨床結果。
各個化合物的藥物動力學曲線會按照化合物的化學特性變化。例如，相對大的化合物，分子量至少1000道爾頓和較大的化合物至少有2000道爾頓，至少4000道爾頓，至少10,000道爾頓和較大的和/或疏水化合物在與傳統的非腸道施用方法相比預計會有最明顯的變化，傳統的非腸道施用方法如肌肉內、皮下或真皮下注射。基本上，預計小的親水物質與其他方法相比會顯示相似的ID傳遞動力學。
附圖的描述圖1顯示了真皮內的血漿胰島素水平對快速作用的皮下推注施用。
圖2顯示了真皮內的血糖水平對快速作用的皮下推注施用。
圖3顯示了快速作用的真皮內推注給藥與普通胰島素的比較。
圖4顯示了用于快速作用的胰島素的推注給藥的不同真皮內注射深度對胰島素水平的時間過程的影響。
圖5顯示了皮下或真皮內施用的長期作用胰島素推注給藥的胰島素水平的時間過程的比較。
圖6和圖7顯示了在真皮內、皮下或靜脈內用單個針或3點針排列傳遞粒細胞集落刺激因子的藥物動力學利用度和藥效學結果的比較。
圖8，9和10顯示了低分子量肝素以推注、短持續時間、長持續時間輸注在真皮內傳遞與皮下輸注的比較。
發明的詳細描述本發明提供的治療方法是通過直接定向在真皮內空間傳遞藥物或其他物質到人類或動物體，其中施用到真皮內空間的藥物或物質是通過一種或多種真皮進入方法組合到裝置內。發現根據本發明輸注的物質顯示出比通過皮下(SC)注射施用相同物質更好的藥物動力學結果和臨床上更需要的結果。
用于本發明的真皮內(ID)施用的真皮進入裝置并不危險，只要它穿入受試者的皮膚到達所需的真皮內空間的定向深度而不穿過。在大多數情況下，該裝置會穿入皮膚并達到約0.5-2mm的深度。該真皮進入方法可包括傳統的注射針、導管或各種已知類型的微型針，使用單個針或多個針排列。該真皮進入方法可包含無針裝置包括沖擊注射裝置。本文中使用的術語“針”是指包括所有這種針樣結構。本文中使用的術語“微型會”指小于30規格的結構，通常在約31-50規格，其結構特性是圓柱體。因此，屬于術語“微型針”包括的非圓柱體結構有可比較的直徑和包括錐形、矩形、八角形、楔形和其他幾何形狀。真皮進入方法還包括沖擊液體注射裝置，粉劑噴射傳遞裝置、壓電、電動、電磁輔助的傳遞裝置，氣體輔助傳遞裝置，這些裝置直接穿入皮膚提供傳遞通路或直接傳遞物質到真皮空間內的定向位置。通過改變使用真皮進入裝置傳遞物質的定向深度，藥物或物質的藥物動力學和藥效學(PK/PD)行為可制定對特定患者情況所需的最適合的臨床應用。使用真皮進入裝置傳遞物質的定向深度可以通過從業者手動控制，或用或不用指示器手段輔助顯示到達所需的深度。但是，該裝置有控制穿透皮膚到真皮內空間所需深度的結構較佳。最典型的是通過與真皮進入裝置的軸桿相聯系的加寬區域或軸心來實現，該真皮進入裝置可以是針所連接的背襯結構或平臺的形式。作為真皮進入裝置的微型針的長度可以在制作過程中容易地改變和常規按小于2mm長度生產。微型針也很鋒利和規格很小，以進一步減少在注射和輸注中的疼痛和其他感覺。它們在發明中可被用作單獨單腔微型針或多微型針，多微型針可按線性排列或二維排列安裝或制作以增加在特定時間段的傳遞速度或物質的量。微型針可以被組合到許多設備中如支架和機架，它們也可用來限制穿透的深度。本發明的真皮進入方法還可以組合儲器以在傳遞前容納物質，或結合泵或其他手段以在壓力下傳遞藥物或其他物質。可選擇的是，容納真皮進入手段的設備可在外部連接到該附屬部件。
類似靜脈內(IV)的藥物動力學是通過施用藥物到真皮隔室與毛細血管微脈管系統和淋巴微脈管系統緊密接觸來完成的。應理解術語“微毛細血管”或“毛細血管床”是指在真皮區域內的血管或淋巴引流通路。
雖然不受限于任何理論上的作用機理，相信在施用到真皮時觀察到的快速吸收是由真皮中豐富的血管和淋巴管叢的結果獲得的。但是，真皮中的血管和淋巴管叢的存在本身并未預期會產生大分子的增強性吸收。這是因為毛細血管內皮對大分子如蛋白質、多糖、核酸聚合物、有聚合物附著如聚乙二醇化蛋白質的物質等等的通透性一般低或不通透。該大分子的分子量至少1000道爾頓或較高的分子量至少有2000道爾頓至少4000道爾頓，至少10,000道爾頓或更高。而且，從間質到血管隔室較慢的淋巴引流也未期望在真皮中放置藥學物質時會產生血漿濃度的快速增加。
本文中報道的未預期的增增性吸收的一個可能解釋是物質注射時容易地到達乳頭狀真皮，導致血流和毛細血管通透性增加。例如，已知針刺的小孔插入到3mm深度會產生血流增加，這已被假定與疼痛刺激無關和由于組織傳遞組胺(Arildsson等，Microvascular Res.59122-130，2000)。這與觀察到的皮膚損傷引出的急性炎癥反應產生短暫的血流和毛細血管通透性增加是一致的(見《皮膚的生理、生化和分子生物學》L.A.Goldsmith編，Oxford Univ.Press，New York，1991，p.1060；Wilhem，Rev.Can.Biol.30153-172，1971)。同時，在真皮內層注射預計會增加間隙壓力。已知增加的間隙壓力值(超過“正常范圍”)從約-7到約+2mmHg會擴大淋巴管和增加淋巴流(Skobe等，J.Investig.Dermatol.Symp.Proc.514-19，2000)。因此，在真皮內層注射引出的間隙壓力增加被認為引發淋巴流增加和注射到真皮內的物質吸收增加。
“改善的藥物動力學”是指藥物動力學曲線的增加是通過例如用標準藥物動力學參數測量獲得的，標準藥物動力學參數是如時間對最大血漿濃度(Tmax)，最大血漿濃度的大小(Cmax)或時間引出最小可檢測的血液或血漿濃度(Tlag)。增加的吸收曲線意味著用這些藥物動力學參數測定的吸收是改善或較大的。藥物動力學參數的測定和最小有效濃度的確定是按照現有技術常規進行的。獲得的值與施用的標準途徑例如皮下施用或肌肉內施用相比被認為是增加的。在該對比中，較佳的是，但并非必需的是，施用到真皮內層和施用到參考部位如皮下施用同樣的劑量水平，即根據每單位時間的量和體積，用相同量和相同濃度的藥物，及用相同的載體和相同的施用速度。這樣，例如特定藥學物質以如100μg/ml濃度和100μL每分鐘的速度在5分鐘的時間施用到真皮中，較佳的是，與相同藥學物質以同樣的100μg/ml濃度和100μL每分鐘的速度在5分鐘的時間施用到皮下空間進行比較。
吸收曲線增加被認為對皮下注射吸收不佳的物質，例如大分子和/或疏水物質特別明顯。通常，大分子在皮下吸收不佳，這可能不僅是由于它們的大小與毛細血管孔大小有關，還可能由于它們的大小使它們通過間質擴散緩慢。可以理解大分子可具有疏水和/或親水特性的離散區域。相反，親水的小分子在皮下施用時通常吸收良好，在注射到真皮時吸收曲線與皮下施用后吸收相比可能沒有增加。本文提及的疏水物質是指低分子量物質，例如分子量小于1000道爾頓，其水溶性比大體上不溶解要低。
通過精確直接定向于真皮毛細血管床可以最好地實現上述PK和PD益處。例如使用小于約250微米外徑和小于2mm暴露長度的微型針實現。該系統可以用各種材料的已知方法制備，這些材料包括鋼、硅、陶瓷和其他金屬、塑料、聚合物、糖、生物和/或生物可降解材料，和/或它們的組合物。
已經發現真皮內施用方法的某些特征可提供臨床上有用的PK/PD和劑量精確性。例如，已經發現在皮膚內放置針出口明顯影響PK/PD參數。傳統或標準規格針的出口的斜面有相當大的暴露高度(出口的垂直上升)。雖然針尖被放置在真皮內空間所需的深度，針出口的大的暴露高度使傳遞的物質沉積在接近皮膚表面的較淺深度。結果，由于皮膚本身施加的反壓力和注射或輸注的液體積累形成的壓力使物質趨向流出皮膚。有較大暴露高度的針出口在較深的部位仍會有效地封閉，而有相同暴露高度的針出口放置在真皮內空間的較淺部位時不會有效地封閉。典型的是，針出口的暴露高度在0到約1mm。暴露高度在0mm的針出口沒有斜面，針出口在針尖。在這種情況下，針出口的深度與針穿透深度是一樣的。針出口的形成或是斜面或是通過通過針的側面有可測量暴露高度的開口。可以理解的是單個針可以有超過一個適合傳遞物質到真皮空間的開口或出口。
還發現提高控制注射或輸注的壓力可以避免真皮內(ID)施用時產生高的反壓力。通過直接在液體交接面施加恒定的壓力可以獲得更恒定的傳遞速度，這可以優化吸收和獲得改善的藥物動力學。還可以控制傳遞速度和容積來防止傳遞部位的水皰形成和防止真皮進入裝置從皮膚推出的反壓力。獲得對挑選的物質這些效果的合適的傳遞速度和容積可以只使用普通技術實驗來確定。多針之間增加的間隔有較寬的液體分布和增加的傳遞速度或較大的液體體積。而且，已發現真皮內(ID)輸注或注射與傳統的皮下(SC)施用相比常產生較高的藥物起始血漿水平，特別是對于在體內易于降解或清除的藥物或對于皮下(SC)脂肪組織有親和力的化合物或對于通過皮下(SC)基質緩慢擴散的大分子。在許多情況下，這使得小劑量物質可通過真皮內(ID)途徑施用。
用于執行本發明的施用方法包括藥物的推注和輸注傳遞和其他用于人類或動物的物質。推注劑量是在相對短的時間段，通常小于10分鐘，在單一容積單位中傳遞的單一劑量。輸注使用包括在一個相對長的時間段，通常大于10分鐘，以選擇的速度施用液體，該速度可以是恒定或可變的。為了傳遞物質，真皮進入裝置放置在靠近受試者的皮膚以在真皮內空間提供直接的定向進入，一種或幾種物質被傳遞或施用到真皮內空間，在那里它們可以局部起作用或被血流吸收和全身性分布。該真皮進入裝置可以連接到包含可待傳遞的一種或幾種物質的儲器。待傳遞或施用的一種或幾種物質的形式包括其藥學上可接受的稀釋劑或溶劑、乳劑、懸液、膠體的溶液，微粒如或是懸浮或是分散的微顆粒和納米顆粒，以及相同的原位形成的介質。從儲器傳遞到真皮內空間可以是被動出現的，沒有對要傳遞的一種或幾種物質使用外來的壓力或其他驅動裝置，和/或是主動出現的，使用壓力或其他驅動裝置。較佳的壓力產生裝置包括泵、注射器、彈性膜、氣體壓力、壓電、電動、電磁泵，或Belleville彈簧或洗滌機或它們的組合物。如果需要，物質傳遞速度可以通過壓力產生裝置可變地控制。結果是，物質進入真皮內空間和以足夠產生臨床有效結果的量和速度吸收。
本文使用的術語“臨床有效結果”是指來自一種或幾種物質的施用結果，臨床上有用的生物反應包括在診斷和治療上有用的反應。例如，疾病或情況的診斷測試或預防或治療是臨床有效結果。該臨床有效結果包括診斷結果，如在胰島素注射后腎小球濾過壓的測量，在注射ACTH后兒童中腎上腺皮質功能的診斷，在注射膽囊收縮素時膽囊收縮和排泄膽汁的原因等等；以及治療結果，如注射胰島素時對血糖水平的臨床上適當的控制，在注射激素如甲狀旁腺激素或生長激素后對激素缺乏的臨床上適當的控制，在注射抗毒素時對毒性的臨床上適當的治療等等。
根據本發明，可在真皮內傳遞的物質是包括藥學或生物活性物質，這些物質包括含有診斷制劑、藥物和其他提供治療或健康益處的物質，例如營養品(nutraceuticals)。可用于本發明的診斷物質包括大分子物質例如胰島素、ACTH(例如促腎上腺皮質素注射)，黃體化激素傳遞激素(例如鹽酸戈那瑞林)，生長激素傳遞激素(例如醋酸舍莫瑞林)，膽囊收縮素(辛卡利特)，甲狀旁腺激素和它的片段(例如醋酸特立帕肽)，甲狀腺傳遞激素和它的類似物(普羅瑞林)，分泌素等等。
可用于本發明的治療物質包括Alpha-1抗胰蛋白酶、抗血管生成制劑、反義、布托啡諾、降鈣素和類似物、西利酶(Ceredase)、COX-II抑制劑、皮膚病制劑、雙氫麥角胺、多巴胺激動劑和拮抗劑、腦啡肽和其他阿片樣肽、表皮生長因子、紅細胞生成素和類似物、濾泡刺激激素、G-CSF、胰高血糖素、GM-CSF、格拉司瓊、生長激素和類似物(包括生長激素傳遞激素)、生長激素拮抗劑、水蛭素和水蛭素類似物如水蛭肽、IgE抑制劑、胰島素、促胰島素和類似物、胰島素樣生長因子、干擾素、白介素、黃體化激素、黃體化激素傳遞激素和類似物、肝素、低分子量肝素和其他天然的、改良的、或合成的糖胺聚糖(glycosamonoglycans)，M-CSF，甲氧氯普胺、咪達唑侖、單克隆抗體、聚二乙醇化抗體、聚二乙醇化蛋白質或任何以親水或疏水聚合物或其他功能基團改良的蛋白質、融合蛋白質、單鏈抗體片段或與附著蛋白質結合的單鏈抗體片段、大分子、或它的附加功能基團、麻醉性鎮痛劑、煙堿、非甾體抗炎劑、寡糖、昂丹司瓊、甲狀旁腺激素和類似物、甲狀旁腺激素拮抗劑、前列腺素拮抗劑、前列腺素、重組可溶性受體、東莨菪堿、5-羥色胺激動劑和拮抗劑、西登那非、特布他林、溶血栓藥、組織纖溶酶原激活劑、TNF-和TNF拮抗劑、疫苗、有或沒有載體/輔藥、包括預防和治療抗原(包括但不限于亞單位蛋白質、肽和多糖，多糖結合物、類毒素、基因基礎疫苗、活體減弱、重排列、滅活、完整細胞、病毒和細菌載體)與下列有關成癮、關節炎、霍亂、可卡因成癮、白喉、破傷風、HIB、萊姆病、腦膜炎球菌、麻疹、腮腺炎、風疹、水痘、黃熱病、呼吸道合胞病毒、蜱傳日本腦炎、肺炎球菌、鏈球菌、傷寒、流感、肝炎包括甲型、乙型、丙型、戊型、中耳炎、狂犬病、脊髓灰質炎、HIV、副流感、輪狀病毒、Epstein Barr病毒、CMV、衣原體、非可分型嗜血桿菌、卡他莫拉菌、人乳頭瘤病毒、結核包括BCG、淋病、哮喘、動脈粥樣硬化、瘧疾、大腸桿菌、阿爾莰海默病、幽門螺桿菌、沙門氏菌、糖尿病、癌癥、單純皰疹、人乳頭瘤等其他物質包括所有主要治療藥物如用于普通感冒的制劑、抗成癮、抗過敏、鎮吐藥、抗肥胖、抗骨質疏松藥、抗感染藥、鎮痛劑、麻醉劑、食欲抑制劑、抗關節炎藥、抗哮喘劑、抗驚厥藥、抗抑郁藥、抗糖尿病藥、抗組胺藥、消炎藥、抗偏頭痛制劑、抗暈動病制劑、抗惡心藥、抗腫瘤藥、抗帕金森病藥物、止癢藥、抗精神病藥、解熱藥、抗膽堿能藥、苯并二氮雜卓類拮抗劑、血管擴張藥，包括普通、冠脈、外周和腦、骨刺激劑、中樞神經系統興奮劑、激素、催眠藥、免疫抑制劑、肌肉松弛藥、副交感神經阻滯藥、擬副交感神經藥、前列腺素、蛋白質、肽、多肽和其他大分子、精神興奮藥、鎮靜藥和性功能減退和安定藥。
胰島素輸注數據的藥物動力學分析是按照以下進行的。漸進非線性最小平方回歸被用于從各單個動物分析胰島素濃度-時間數據。開始，經驗雙指數等式適于陰性對照情況的胰島素濃度-時間數據。該分析假定殘余胰島素是第一級傳遞，傳遞的第一級速度常數是恢復參數，在傳遞部位有殘余胰島素濃度，傳遞有延滯時間，胰島素從系統性循環中排除是第一級速度常數。在這個分析階段參數恢復沒有內在的重要性，只是說明循環的胰島素部分來自內源。
分析的第二步涉及對在皮下或真皮內輸注期間和之后的胰島素濃度-時間數據設定明確的隔室模型。基于該數學模型的方案如圖1上部分所示[PK/PD模型圖]。胰島素輸注過程從t＝0到t＝240分鐘；在延滯時間(tlag2)后，在輸注部位的吸收通過第一級過程按照吸收速度常數Ka調節。吸收入系統性循環的胰島素分布到表觀容積V，受到未知的部分生物利用度F的污染，按照第一級常數K被清除。恢復的適合途徑由tlag2、Ka、V/F和K估計；與內源性胰島素分布有關的參數(CR、tlag1、KR)按照常數處理，內海性胰島素在分析的第一步中恢復。
參數估計以平均數±SD表示。在兩個不同的胰島素施用模式(皮下與真皮內輸注)的特定參數中差異的顯著性是用配對斯圖頓特t-檢驗估算的。
胰島素輸注數據的藥物動力學分析按照以下計算。血漿葡萄糖濃度被用作胰島素藥理作用的替代。變量R(血漿葡萄糖濃度)與時間t響應的變化模型為dRdt=kin-E·kout]]>其中kin是葡萄糖的零級輸注，Out是調節葡萄糖清除的第一級速度常數，E是按照S形Hill關系的胰島素效果。
E=Emax·CγEC50γ+Cγ]]>
其中Max是胰島素Out的最大刺激，EC50是Out刺激為一半最大時的胰島素濃度，C是胰島素濃度，γ是關系的Hill系數。起始模型使用血漿胰島素濃度作為藥理反應的介體。但是，該方法沒有注意到血漿葡萄糖對血漿胰島素濃度增加反應的延遲。所以，最終采用了效果-隔室模型方法，該方法中胰島素的效果是從假定的系統性藥物動力學隔室外圍的效果隔室中介導的。
該藥物動力學分析按照兩個步驟進行。在分析的第一步中，與葡萄糖分布有關的藥物動力學參數的起始估計(Out和葡萄糖分布的體積，Vglucose)是由在陰性對照情況下葡萄糖濃度-時間數據確定的。完全整合的藥物動力學-藥效學模型同時適用于陰性對照情況的葡萄糖濃度-時間數據和每個動物的每個胰島素傳遞情況(即每個支物獲得兩套藥效學參數一套來自皮下胰島素輸注/陰性對照數據的同時分析，一套來自真皮內胰島素輸注/陰性對照數據的同時分析)。在所有的藥效學分析中，在對每個動物的胰島素濃度-時間數據的藥物動力學分析中獲得的控制胰島素分布的參數保持恒定。
所有其他藥物動力學分析是用本領域已知的相似軟件程序和技術的非隔室方法計算的。
已對發明作了大體上描述，下列特定的但不是限制性的實施例和


提出了各種例子來進行真皮進入，直接靶向藥物施用方法和提供改善的PK和PD效果的真皮施用藥物物質的例子。
包括單一針的真皮進入微型裝置的代表性例子的制備是用34規格鋼原料(MicroGroup，Inc.，Medway，MA)和用800金剛砂礫磨輪磨制單一28°斜面。針在丙酮和蒸餾水中用連續超聲處理清潔，用蒸餾水流動檢查。用UV處理的環氧樹脂將微型針固定到小規格導管裝置(Maersk Medical)。針長度用機械指數標定盤設定，導管裝置的軸心作為深度限制的控制，用光學顯微鏡確定。為了實驗使用各種長度的針，暴露的針長度用機械指數標定盤調節到0.5，0.8，1，2或3mm。與液體測量裝置(或是泵或是注射器)的連接是通過在導管進口處完整的Luer適配器。在注射中，針垂直于皮膚表面插入，或是保持在適當位置用柔和的手部壓力進行推注傳遞，或是用醫學膠粘帶保持垂直用于較長時間輸注。在注射前和注射后立即檢查裝置的功能和液體流動。該Luer Lok單個針導管設計在下文中被稱為SS1_34。
另一個真皮進入排列微型裝置的制備包括從丙烯酸聚合物機械加工的1”直徑盤，從中心進口以低體積液體通道分流到各單個針。液體輸入是通過連接于Hamilton微型注射器的低體積導管線路進行的，傳遞速度是通過注射器泵控制的。針按照15mm直徑的環形式樣安置在盤中。構造了三針和六針排列，針與針之間的距離分別是12和7mm。所有排列設計使用單斜面，1mm長的34G不銹鋼微型針。距離12mm的三針導管設計在下文被稱為SS3_34B，距離7mm的六針導管設計在下文被稱為SS6_34A。
另一個真皮進入排列微型裝置的制備包括從丙烯酸聚合物機械加工的11mm直徑盤，從中心進口以低體積液體通道分流到各單個針。液體輸入是通過連接于Hamilton微型注射器的低體積導管線路進行的，傳遞速度是通過注射器泵控制的。針按照約5mm直徑的環形式樣安置在盤中。約4mm距離的三針排列如上文所述連接于導管。針長度分別為1mm，2mm，3mm的設計在下文中被稱為SS3S-34-1，SS3C_34_2，和SS3S_34_3。
另一個真皮進入真皮內(ID)輸注裝置的構建使用不銹鋼30規格針，在接近針尖處有90度角彎曲，所以用于皮膚穿透的可用長度是1-2mm。針出口(針尖)在針插入時皮膚中的深度是1.7-2.0mm，針出口的總暴露長度是1.0-1.2mm。該設計在下文中被稱為SSB1_30。
實施例1在豬中緩慢輸注真皮內(ID)胰島素傳遞表明，使用中空、硅基的單腔微型針(總長2mm和200×100μm OD，對應約33規格)，出口從針尖1.0μm(暴露高度100μm)，使用本領域已知的方法制造(美國專利5,928,207)和與微孔導管配合(Disetronic)。微型針的末端被置于塑料導管和環氧樹脂接合以形成深度限制的軸。針出口被放置在環氧軸下大約1mm，從而限制針出口穿過皮膚大約1mm，對應于豬真皮內空間的深度。導管連接于控制液體傳遞的MiniMed 507胰島素泵。微型針的末端被置于塑料導管和環氧樹脂接合以形成深度限制的軸。針出口被放置在環氧軸下大約1mm，從而限制針出口穿過皮膚大約1mm，對應于豬真皮內空間的深度。液體流動通路的開放用視覺觀察確定，在標準1-cc注射器產生的壓力下未觀察到阻塞。導管通過導管出口上完整的Luer接口連接于外部的胰島素輸注泵(MiniMed 507)。該泵中注有HumalogTM(Lispro)胰島素(Eli Lilly，Indianapolis，IN)，導管和微型針按照制造商的說明注入胰島素。Sandostatin(Sandoz，East Hnover，NJ)溶液通過靜脈內(IV)輸注施用麻醉豬并抑制基礎胰腺功能和胰島素分泌。在合適的誘導時間和基線配樣后，灌注的微型針被垂直插入動物側腹的皮膚表面直至軸停止。使用2U/hr的速度輸注胰島素并保持4小時。間歇采取血液樣品并分析血清胰島素濃度和血液葡萄糖值。輸注前的基線胰島素水平是分析的背景檢測水平。在輸注開始后，血清胰島素水平顯示與程序的輸注速度相應的增加。相對于沒有胰島素輸注的陰性對照(NC)，血液葡萄糖水平也顯示相應的下降。在此實驗中，表明微型針足夠突破皮膚屏障和以藥學上相應的速度在體內傳遞藥物。說明真皮內(ID)輸注胰島素是藥物動力學上可接受的施用途徑，也說明了血液葡萄糖下降的藥效學反應。對真皮內(ID)輸注的PK參數的計算表明胰島素吸收比通過皮下(SC)施用更快。從真皮內(ID)空間的吸收幾乎立即開始在吸收前的延滯時間(tlag)對真皮內(ID)和皮下(SC)分別是0.88對13.6分鐘。從施用部位攝取的速度增加了大約3倍，對真皮內(ID)和皮下(SC)分別是Ka＝0.0666對0.0225min-1。通過真皮內(ID)施用傳遞的胰島素的生物利用度比皮下(SC)施用增加大約1.3倍。
實施例2使用真皮內(ID)和皮下(SC)推注施用進行Lilly Lispro快速作用胰島素的推傳遞。真皮內(ID)注射微型裝置是真皮進入排列設計SS3_34。10國際胰島素單位(U)分別對應于100μL體積，被施用到糖尿病的Yucatan Mini豬。試驗動物事先通過化學消融胰島細胞造成糖尿病，不能分泌胰島素。試驗動物接受胰島素注射，或是通過微型針排列或是通過標準30GX 1/2英寸。針側面插入皮下(SC)組織空間。使用商品化化學發光分析試劑盒(Immulite，Los Angeles，CA)檢測循環的血清胰島素水平，使用血液葡萄糖條測定血液葡萄糖值。真皮內(ID)注射是通過手動壓力使用分析微型注射器實現的，施用超過大約60秒。比較起來，皮下(SC)給藥只需要2-3秒。參考圖1，當通過真皮內(ID)途徑施用時，推注施用后顯示血清胰島素水平更快迅速的攝取和注射胰島素的分布。真皮內(ID)和皮下(SC)施用相比，得到最大濃度(Tmax)的時間更短，獲得的最大濃度(Cmax)更高。此外，圖2也顯示了對施用胰島素的藥效學生物反應，通過血液葡萄糖(BG)減少的測定，顯示BG中更快和更大的變化，由于在真皮內(ID)施用后早期有更多胰島素可利用。
實施例3Lilly Lispro被認為是快速作用胰島素，相對于天然人胰島素在蛋白質結構上有稍改變。Hoechst普通胰島素保持了天然人胰島素的蛋白質結構，在化學上相似，但是通過傳統的皮下(SC)途徑施用時其攝取比Lispro慢。兩類胰島素都通過真皮內(ID)途徑推注施用以確定通過此途徑是否有可識別的攝取上的差異。使用真皮進入微型裝置設計SS3_34將各類胰島素5U施用到真皮內(ID)空間。胰島素濃度對時間的數據在圖3中顯示。當通過真皮內(ID)途徑施用時，普通和快速作用胰島素的PK曲線基本上相同，兩類胰島素都顯示出比傳統皮下(SC)途徑使用Lispro較快的攝取。這證明真皮內(ID)施用的攝取機理較少受到施用物質中較小生化變化的影響，和真皮內(ID)傳遞對普通胰島素提供了有利的PK攝取曲線，這優于皮下(SC)施用快速作用胰島素。
實施例4通過有不同長度的針的微型針排列對Lilly Lispro快速作用胰島素的推注傳遞來說明藥物精確沉積到真皮空間對獲得相對于皮下(SC)有利和有區別的PK是必要的。因此，使用真皮進入設計SS3_34施用Lilly Lispro快速作用胰島素。制作了同樣針排列構型的附加的微型裝置，由此微型裝置排列的暴露的針長度被加長以包括針長度為2和3mm的排列。Yucatan Mini豬平均總真皮厚度范圍在1.5-2.5mm。因此胰島素沉積被認為是在真皮內，對于1mm，2mm，和3mm長度的針分別大約在真皮/皮下(SC)交界，低于真皮和在皮下(SC)內。推注胰島素施用如實施例2所述。平均胰島素濃度對時間如圖4所示。數據清楚地顯示隨著微型針長度增加，產生的PK曲線開始與皮下(SC)使用更相似。數據證明直接定向真皮空間的益處，該益處包括快速攝取和分布，和高起始濃度。由于數據是許多例子的平均值，它們不顯示較長的2和3mm微型針的PK曲線中個體之間可變度的增高。該數據證明由于皮膚厚度在不同個體之間和甚至在一個體中不同，精確定向真皮空間的較短的針長度在PK曲線中更可重復，因為它們更持續地放置藥物在相同的組織隔室中。該數據證明放置或施用物質到較深的真皮空間，或部分或全部進入皮下(SC)空間的較長的微型針與淺的、直接定向施用到高度形成血管的真皮區域相比會減少或消除PK的益處。
實施例5Lantus長效胰島素的推注傳遞是通過真皮內(ID)途徑傳遞的。Lantus是注射時施用部位形成微型沉淀物的胰島素溶液。這些微型沉淀物在體內緩慢分解提供(根據制造商的文獻)比其他現有的長效胰島素如結晶鋅沉淀(如Lente，NPH)更穩定的低水平循環胰島素。使用真皮進入設計SS3_34，通過如前所述的標準皮下(SC)方法施用Lantus胰島素(10U劑量，100μL)到糖尿病的Yucatan Mini豬。參考圖5，通過真皮內(ID)途徑施用時，獲得相對于皮下(SC)類似的PK曲線。微型區別包括在真皮內(ID)胰島素傳遞后立即有稍高的“爆發”。這證明通過真皮內(ID)施用可獲得甚至很高分子量的化合物或小顆粒的攝取。更重要的是，這支持以下事實，體內的生物清除機制沒有明顯受到施用途徑的改變，也沒有因使用藥物物質的方法而改變。對藥物化合物極重要的是有長的循環半衰期(例子大的可溶性受體化合物或其他癥治療的抗體，或化學修飾的種類如聚二乙醇化藥物)。
實施例6人粒細胞集落刺激因子(GCSF)(Neupogen)的推注真皮內(ID)傳遞是通過真皮進入設計SS3_34B(排列)或SS1_34(單個針)施用到Yucatan Mini豬。通過Harvard注射器泵控制傳遞速度和施用超過1-2.5分鐘時間。圖6顯示通過對GCSF特異的ELISA免疫測定檢測血漿中GCSF的PK利用度。通過靜脈內(IV)和皮下(SC)傳遞的施用被作為對照。參考圖6 GCSF的推注真皮內(ID)傳遞顯示與真皮內(ID)傳遞有關的更迅速的攝取。Cmax在大約30-90分鐘獲得，皮下(SC)是120分鐘。通過更高的曲線下的面積(AUC)所示的近似因子2也明顯增加了生物利用度。GCSF的循環水平在延長時期內可檢測出，說明真皮內(ID)傳遞未改變對藥物的內在生物清除機制或速度。這些數據也顯示裝置設計對真皮內(ID)空間快速攝取藥物的影響很小。參考圖7中的數據也顯示與陰性對照(無GCSF施用)有關的施用GCSF產生白血細胞擴展的程度和時間過程。白血細胞(WBC)計數是通過標準細胞計數臨床獸醫方法確定的，真皮內(ID)傳遞顯示了相同的臨床上顯著的生物學結果。雖然所有的方法有近似相等的PD結果，該數據提示真皮內(ID)傳遞由于有大約2倍的生物利用度增加，與皮下(SC)相比可用一半劑量獲得基本相同的生理結果。
實施例7使用肽藥物實體人甲狀旁腺激素1-34(PTH)進行真皮內(ID)施用實驗。PTH輸注4小時，接著2小時清除。通過標準31規格針使用“夾起”(pinch-up)技術在側面插入皮下(SC)空間。真皮內(ID)輸注是通過真皮進入微型裝置設計SSB1_30(不銹鋼30規格針，在接近針尖處有90度角彎曲，所以皮膚穿入的可用長度是1-2mm)。當針插入時針出口(針尖)在皮膚中的深度是1.7-2.0mm。0.64mg/mL PTH溶液以75μL/hr的速度輸注。流動速度通過Harvard注射器泵控制。重量標準化傳遞曲線顯示較大的曲線下面積(AUC)說明較高的生物利用度，較早采樣時間點(如15和30分鐘)的較高峰值說明真皮內(ID)傳遞更迅速地起效，在輸注結束后快速減少(也說明快速攝取，沒有長效效應)。
實施例8通過微型針裝置傳遞的胰島素和Neupogen的生物利用度Humalog快速作用胰島素(lispro)和Neupogen集落刺激因子的生物利用度的藥物動力學參數是用非隔室數據分析確定的。生物利用度是由測量的濃度曲線下面積(AUC)對每個給藥途徑的時間血清曲線計算的用于劑量調整。例如，一種血管外施用途徑與靜脈內(IV)施用劑量的絕對生物利用度(F)是使用下列等式計算的F=AUCrouteAUCiv·DoseivDoseroute]]>施用方法間的相對生物利用度是用類似方法對兩個非血管給藥途徑進行計算的。在如上所述的皮下(SC)或真皮內(ID)傳遞以后測量Humalog胰島素和Neupogen的血液水平。
Humalog胰島素以2U/h速度輸注超過4小時，通過真皮內Hexsil微型針和標準皮下(SC)導管針，相對生物利用度是1.29+/-0.12(n＝3重復)。這說明通過真皮內途徑施用胰島素，生物利用度增加約30％。生物利用度的增加產生(1-1/1.29)，或22.5％的劑量節約效應。換句話說，為了獲得與標準皮下(SC)注射相同的血液胰島素水平，在真皮內施用只需要皮下(SC)劑量的77.5％。
對于Neupogen，兩個真皮內(ID)施用途徑和皮下(SC)之間相對于靜脈內(IV)施用計算出的絕對生物利用度如表1所示(n＝6次重復)。對于每個真皮內(ID)微型針施用方法，Neupogen的絕對生物利用度是約60％，相對于皮下(SC)的42％。兩個真皮內(ID)施用途徑的相對生物利用度相對于皮下(SC)大約增加40-45％。因此，為獲得相同血液水平的Neupogen，真皮內傳遞只需要皮下(SC)劑量的平均約70％(42/60)。
表1
關于其他在真皮內有利地傳遞以適當減少劑量的物質可以通過常規實驗進行類似測定。對于確定隨時間的血液水平和計算AUC的合適方法是藥學和醫學領域中熟練技術人已知的。應理解的是，由于減少30％或更多劑量的能力產生的成本節省對許多藥物都會是真實的。
上述例子和結果說明使用多點排列真皮內(ID)施用和單個針施用的本發明的傳遞方法產生以比皮下(SC)注射較高的Cmax更迅速的攝取。真皮內(ID)攝取和分布在表面上未受到裝置幾何參數，使用約0.5到1.7mm的針長度、針的數量和針間距離的影響。未發現生物吸收的濃度限制，PK曲線主要受到基于濃度的傳遞速度的影響。真皮內(ID)施用的主要限制是總體積和用于無漏滴注外源物質到密集組織隔室的測量體積的輸注速度限制。由于藥物從真皮內(ID)空間的吸收似乎對裝置設計和測量體積的輸注速度不敏感，許多配方/裝置組合可用來克服這些限制和提供所要求或所需的治療曲線。例如，體積限制的給藥方案可以通過使用更濃縮的制劑或增加滴注部位的總數來防止。
通常，本文所述方法中通過真皮進入微型針裝置的真皮內(ID)傳遞提供了一個更容易進入和可重復的具有高生物利用度的非腸道傳遞途徑，同樣提供了通過調節裝置輸注參數來調節血漿曲線的能力，因為攝取速度是不受到生物攝取參數限制的。
在前述的例子中，本發明使用的方法說明了體內傳遞具有大大改善的藥學相關速度的藥物。該數據說明按照本發明的方法其他用于人類的藥物也可期望獲得所述的真皮內(ID)施用的改善的藥理結果。
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權利要求
1.一種減少必須施用于患者以獲得治療效果的治療物質的量的方法，所述方法包括通過至少一個小規格中空針施用物質，該針有暴露高度在0和1mm之間的出口，所述出口插入皮膚的深度在0.3mm和2mm之間，所以物質的傳遞發生在0.3mm和2mm之間的深度。
2.權利要求1所述的方法，其特征在于注射包括針插入傳遞物質的深度在表皮下至少約0.3mm到不超過表皮下2mm。
3.權利要求1所述的方法，其特征在于施用包括針插入到皮膚的深度至少約0.3mm和不超過約2mm。
4.權利要求1所述的方法，其特征在于施用物質的時間段不超過10分鐘。
5.權利要求1所述的方法，其特征在于施用物質的時間段超過10分鐘。
6.權利要求1所述的方法，其特征在于與皮下注射相比，劑量減少了至少10％。
7.權利要求6所述的方法，其特征在于劑量減少了至少20％。
8.權利要求7所述的方法，其特征在于劑量減少了至少30％。
9.權利要求1所述的方法，其特征在于物質是肽或蛋白質。
10.權利要求1所述的方法，其特征在于物質施用的速度在1nL/min和200mL/min之間。
11.權利要求1所述的方法，其特征在于所述物質是激素。
12.權利要求1所述的方法，其特征在于所述物質是核酸。
13.權利要求1所述的方法，其特征在于所述物質是疏水性的。
14.權利要求1所述的方法，其特征在于所述物質是親水性的。
15.權利要求1所述的方法，其特征在于針是大體上垂直插入到皮膚。
16.權利要求1所述的方法，其特征在于物質選自胰島素、粒細胞刺激因子和PTH。
17.權利要求1所述的方法，其特征在于物質是核酸。
18.一種減少必須施用于患者以獲得治療效果的治療物質的量的方法，所述方法包括通過一個或多個有適合選擇性傳遞物質到真皮以獲得在真皮中的物質吸收的長度和出口的微型針在真皮內注射或輸注物質。
19.權利要求18所述的方法，其特征在于微型針的長度從約0.5mm到約1.7mm。
20.權利要求18所述的方法，其特征在于微型針是30到34規格針。
21.權利要求18所述的方法，其特征在于微型針有0到1mm的出口。
22.權利要求18所述的方法，其特征在于微型針配置在傳遞裝置中，該裝置定位微型針垂直于皮膚表面。
23.權利要求18所述的方法，其特征在于微型小針包含微型針的排列。
24.權利要求23所述的方法，其特征在于排列包括3個微型針。
25.權利要求23所述的方法，其特征在于排列包括6個微型針。
26.權利要求18所述的方法，其特征在于施用物質的時間段不超過10分鐘。
27.權利要求18所述的方法，其特征在于施用物質的時間段超過10分鐘。
28.權利要求18所述的方法，其特征在于與皮下注射相比，劑量減少了至少10％。
29.權利要求28所述的方法，其特征在于劑量減少了至少20％。
30.權利要求29所述的方法，其特征在于劑量減少了至少30％。
31.權利要求18所述的方法，其特征在于物質是肽或蛋白質。
32.權利要求18所述的方法，其特征在于物質施用的速度在1nL/min和200mL/min之間。
33.權利要求18所述的方法，其特征在于所述物質是激素。
34.權利要求18所述的方法，其特征在于所述物質是核酸。
35.權利要求18所述的方法，其特征在于所述物質是疏水性的。
36.權利要求18所述的方法，其特征在于所述物質是親水性的。
37.權利要求18所述的方法，其特征在于微型針是大體上垂直插入到皮膚。
38.權利要求18所述的方法，其特征在于物質選自胰島素、粒細胞刺激因子和PTH。
39.權利要求18所述的方法，其特征在于物質是核酸。
40.一種減少必須施用于患者以獲得治療效果的藥學物質的量的方法，所述方法包括通過一個或多個有適合選擇性傳遞物質到真皮以獲得在真皮中的物質吸收的長度和出口的微型針在真皮內注射或輸注物質。
41.權利要求40所述的方法，其特征在于與皮下注射相比，劑量減少了至少10％。
42.權利要求41所述的方法，其特征在于劑量減少了至少20％。
43.權利要求42所述的方法，其特征在于劑量減少了至少30％。
44.權利要求40所述的方法，其特征在于微型針的長度從約0.5mm到約1.7mm。
45.權利要求40所述的方法，其特征在于微型針是30到34規格針。
46.權利要求40所述的方法，其特征在于微型針有0到1mm的出口。
47.權利要求40所述的方法，其特征在于微型針配置在傳遞裝置中，該裝置定位微型針垂直于皮膚表面。
48.權利要求40所述的方法，其特征在于微型針包含微型針的排列。
49.權利要求48所述的方法，其特征在于排列包括3個微型針。
50.權利要求48所述的方法，其特征在于排列包括6個微型針。
51.一種減少必須傳遞到受試者以獲得治療或診斷效果的生物活性物質的量的方法，所述方法包括a)使用具有真皮進入裝置的設備接觸受試者的皮膚，該設備將有效量的生物活性物質精確定向到真皮空間；和b)傳遞所述物質到真皮空間。
52.權利要求51所述的方法，其特征在于與皮下注射相比，劑量減少了至少10％。
53.權利要求52所述的方法，其特征在于劑量減少了至少20％。
54.權利要求53所述的方法，其特征在于劑量減少了至少30％。
55.權利要求51所述的方法，其特征在于該設備包括注射器、輸注泵、壓電泵、電動泵、電磁泵或Belleville彈簧的液體驅動裝置。
56.權利要求51所述的方法，其特征在于真皮進入裝置包括長度從約0.5到約1.7mm-mm的一個或多個中空微型套管。
57.權利要求51所述的方法，其特征在于真皮進入裝置包括具暴露高度在0和1mm間的出口的一個或多個中空微型套管。
58.一種減少必須傳遞到受試者以獲得治療或診斷效果的生物活性物質的量的方法，所述方法包括a)使用具有真皮進入裝置的設備接觸受試者的皮膚，該設備精確定向到受試者的真皮空間；和b)以1nL/min到200mL/min的速度傳遞有效量的生物活性物質。
59.權利要求58所述的方法，其特征在于與皮下注射相比，劑量減少了至少10％。
60.權利要求59所述的方法，其特征在于劑量減少了至少20％。
61.權利要求60所述的方法，其特征在于劑量減少了至少30％。
62.權利要求55所述的方法，其特征在于真皮進入裝置有一個或多個中空微型套管，該套管插入所述受試者皮膚的深度從約0.5到約2.0mm。
63.權利要求55所述的方法，其特征在于真皮進入裝置包括暴露高度在0和1mm間的出口的一個或多個中空微型套管。
64.一種治療病理情況的癥狀的方法，所述方法包括通過至少一個小規格中空針施用有效量的治療物質，該針有暴露高度在0和1mm之間的出口，所述出口插入皮膚的深度在0.3mm到2mm之間，所以物質的傳遞發生在0.3mm到2mm之間的深度，其特征在于該有效量小于減輕同樣癥狀的皮下注射施用的量。
65.一種治療病理情況的癥狀的方法，所述方法包括通過一個或多個有適合選擇性傳遞物質到真皮以獲得在真皮中的物質吸收的長度和出口的微型針在真皮內注射或輸注有效量的治療物質，其特征在于該有效量小于減輕同樣癥狀的皮下注射施用的量。
66.一種治療病理情況的癥狀的方法，所述方法包括通過一個或多個有適合選擇性傳遞物質到真皮以獲得在真皮中的物質吸收的長度和出口的微型針在真皮內注射或輸注物質來施用有效量的藥學物質，其特征在于該有效量小于減輕同樣癥狀的皮下注射使用的量。
67.一種通過對受試者傳遞有效量的生物活性物質治療病理情況的癥狀的方法，所述方法包括a)使用有真皮進入裝置的設備接觸受試者的皮膚，該設備將有效量的生物活性物質精確定向到真皮空間；和b)傳遞所述物質到真皮空間；其特征在于該有效量小于減輕同樣癥狀的皮下注射使用的量。
68.一種通過對受試者傳遞有效量的生物活性物質治療病理情況的癥狀的方法，所述方法包括a)使用有真皮進入裝置的設備接觸受試者的皮膚，該設備精確定向到受試者的真皮空間；和b)以1nL/min到200mL/min的速度傳遞有效量的生物活性物質；其特征在于該有效量小于減輕同樣癥狀的皮下注射使用的量。
全文摘要
在皮膚的真皮內層中施用具有改進生物利用疫的物質的方法和設備。
文檔編號A61M5/30GK1638826SQ02828119
公開日2005年7月13日 申請日期2002年12月23日 優先權日2001年12月28日
發明者R·J·佩蒂斯, J·A·唐, P·G·阿爾查斯, 諾埃爾·G·哈維 申請人:貝克頓迪肯森公司