剝脫性點陣激光輔助用藥的影響因素

張佩蓮，葉建州

（云南省中醫(yī)醫(yī)院中醫(yī)皮膚病?？漆t(yī)院，云南 昆明 650000）

皮膚角質(zhì)層的天然屏障作用，一直是透皮給藥系統(tǒng)和光電技術(shù)領(lǐng)域研究的難點和熱點問題[1]。激光輔助透皮給藥（laser-assisted drug delivery,LADD)的文章首次發(fā)表于1991年[2]，激光設(shè)備增強了藥物的透皮吸收，LADD的作用是改變角質(zhì)層、表皮和真皮，以促進藥物、激光或細(xì)胞對目標(biāo)藥物的透皮吸收，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，剝脫性點陣激光技術(shù)（Ablative Fractionated Lasers,AFXL）代表了一種創(chuàng)新的、非侵入性的方法，它具有增強藥物透皮吸收的作用。研究顯示，AFXL治療后，卟啉熒光在表皮和真皮中的吸收和穿透深度增加了10倍[3]。同時具有簡單、成本-效益高等優(yōu)點，越來越受到重視，但其療效受很多因素的影響，現(xiàn)將目前研究的進展做一綜述指導(dǎo)臨床，使透皮吸收達到最佳狀態(tài)。

1 剝脫性點陣激光的原理

剝脫性點陣激光是利用光熱作用原理，在治療部位皮膚打出若干精準(zhǔn)矩陣樣排列的垂直通道又叫微剝脫通道（microscopic ablation zones,MAZs）也叫微小治療區(qū)（microscopic treatment zones,MTZs)，MTZs周圍的組織凝固區(qū)破壞了表皮及真皮，同時在激光后立即將藥物注入皮膚表面，MTZs為外用藥物或大分子物質(zhì)經(jīng)皮滲透提供了路徑，而周圍未經(jīng)損傷的皮膚組織是干細(xì)胞、生長因子及炎性細(xì)胞的貯存庫，使受損的皮膚組織快速愈合，提高安全性。確切機制仍然不清楚,主要如下：① 光機械效應(yīng)促滲，激光能量轉(zhuǎn)化為機械效應(yīng)，光機械波作用在皮膚上的壓力上升速率可達每秒幾十億個大氣壓，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光機械波作用在角質(zhì)層細(xì)胞間脂質(zhì)親水性區(qū)域中的自由水受壓，在約束的空間下發(fā)生膨脹，形成暫時有效的連續(xù)通道，其次機械波還可通過作用在藥物的表面活性劑十二烷基硫酸鈉上，促進藥物的經(jīng)皮滲透；② 激光的熱效應(yīng)使角質(zhì)層細(xì)胞間脂質(zhì)的流動性增加致角質(zhì)細(xì)胞膨脹，激光對表皮、真皮組織的直接氣化凝固作用形成的MTZs途徑，角質(zhì)層細(xì)胞內(nèi)有效通道增加，還有真皮組織中膠原纖維、彈力蛋白和透明質(zhì)酸組成的間質(zhì)基質(zhì)的細(xì)胞間有效通道也增加，共同促進藥物尤其大分子藥物的透皮吸收；③ 激光光熱作用原理對疾病本身固有的治療效果，使之與藥物透皮吸收取到協(xié)同作用,如熱損傷形成“損傷相關(guān)的分子模式”（damageassociated molecular patterns,DAMPs），有招募抗腫瘤的N1-中性粒細(xì)胞以及含抗原的細(xì)胞碎片的樹突狀細(xì)胞向T細(xì)胞表達用以刺激細(xì)胞毒性T細(xì)胞反應(yīng)，熱損傷引起的固有免疫刺激效應(yīng)，增強角質(zhì)形成細(xì)胞藥理學(xué)免疫治療的潛力。

LADD以AFXL為代表是至今報道的通過經(jīng)皮轉(zhuǎn)運最大直徑乳膠顆粒的技術(shù)，而且對親水性藥物的經(jīng)皮滲透促進作用明顯，因此對于很難透過皮膚的藥物，尤其是親水性的大分子藥物或藥物制成的微粒，AFXL是非常有效的經(jīng)皮給藥技術(shù)之一。

2 剝脫性點陣激光輔助用藥的影響因素

2.1 傳輸藥物本身的物理化學(xué)性質(zhì) 藥物透皮吸收都以Fick擴散定律為基礎(chǔ)，即穩(wěn)態(tài)擴散時，一定時間內(nèi)濃度不隨時間變化，擴散通量與濃度梯度成正比；非穩(wěn)態(tài)擴散時，濃度隨時間變化而變化。由于角質(zhì)形成細(xì)胞嵌在脂質(zhì)基質(zhì)中，藥物完全滲透到皮膚，通常半親脂性(非帶電/非極性)和分子量?。ǎ?00da）的物質(zhì)易吸收，反之親脂性藥物和大分子親水藥物不能穿過正常完好的皮膚[4]。皮膚透皮促滲的能力對分子量小、水溶性的藥物具有更好的吸收能力，還與藥物的pH值、藥物分子結(jié)構(gòu)、擴散系數(shù)和濃度、劑型等都有關(guān)。建議最好使用經(jīng)FDA批準(zhǔn)或研究用于真皮的藥物或分子，提高安全性及療效。

2.2 激光波長 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，有各種波長的激光做成點陣技術(shù)，最常用的有10 600nmCO2點陣和2 940nmEr:YAG點陣、Q694nm點陣等，點陣激光的選擇要根據(jù)疾病病理特點和臨床表現(xiàn)，選擇與激光光熱作用原理匹配的波長，如對于色素性疾病可以優(yōu)先選擇Q694nm紅寶石點陣激光，對于增生性疤痕優(yōu)先選擇10 600nmCO2點陣激光，激光與藥物可發(fā)揮協(xié)同作用。

2.3 MTZs的影響因素 藥物的透皮吸收率與AFXL的MTZs區(qū)的密度、深度、凝固區(qū)的厚度以及其在真皮中的開放時間等因素有關(guān)，這些因素影響藥物傳遞量、傳遞速率和藥物生物分布等從而影響藥物療效[5]，而這些影響因素是通過設(shè)置AFXL的波長及調(diào)整其MTZs密度、光斑直徑、能量大小、脈寬時間、重復(fù)遍數(shù)及其治療周期等參數(shù)來實現(xiàn)。

2.3.1 與MTZs密度的關(guān)系 MTZs密度是指通過激光固定掃描模式下MTZs覆蓋的比例。理論上講通道密度越大透皮吸收越強，Arne等[6]報道用CO2點陣激光和Er:YAG點陣激光在同一深度10mm的預(yù)處理后，使用阿替卡因/腎上腺素溶液閉塞15min，15%的密度比5%更有效。

Bachhav等[7]人使用Er:YAG點陣激光在離體豬模型中研究了MTZs密度0(對照)、150、300、450和900個/3cm2通道（激光強度一致），在24h內(nèi)局部利多卡因皮膚累計透過量300、450和900個孔隙數(shù)據(jù)之間沒有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異，可能與藥物吸收消耗的影響有關(guān)。因此，外用藥物在激光輔助治療中有一個最佳的通道密度，密度過大及過小都會影響其療效，密度過大副作用也增加。同時還應(yīng)注意不同藥物的理化性質(zhì)、濃度、劑型對最佳透皮吸收效果匹配的最佳MTZs密度的影響。

2.3.2 與MTZs的深度的關(guān)系 Taudorf等[8]用Er:YAG激光進入表皮（11mJ/MTZs）真皮淺表（26mJ/MTZs），和真皮中（256mJ/MTZs）探討激光MTZs深度對局部MTX（1%[w/v]）傳遞透皮吸收的影響，AFXL治療前，全層皮膚的MTX濃度為0.07mg/cm2，治療后分別增加了6、9和11倍（P＜0.001）。表明MTZ的深度可能對親水分子的局部釋放很重要，其他文獻[9-11]也支持對親水物質(zhì)的滲透，隨MTZ的加深而加深，由于較深剝脫的MTZs迅速充滿間質(zhì)液，容納溶液的容積更大，與周圍皮膚組織的接觸面增加，為親水性藥物提供了比疏水性藥物更有利的環(huán)境。最佳MTZs深度還應(yīng)與疾病臨床表現(xiàn)及病理結(jié)合，如增生性疤痕病變主要在真皮的乳頭層和網(wǎng)狀層的膠原異常增生，深度為（200～3 000）μ，設(shè)置MTZs的深度應(yīng)與之相似，使輔助藥物透皮吸收更加有效[12]。

2.3.3 與MTZs的凝固區(qū)厚度的關(guān)系 MTZs的凝固區(qū)組織可防止?jié)B血和出血，凝固組織的擴散系數(shù)小于正常組織，故AFXL透皮吸收與激光MTZs周圍凝固組織的厚度有關(guān)，凝固區(qū)可能作為二級擴散的屏障，并可作為藥物逐漸釋放到組織中的蓄水池。LADD目的是將藥物輸送到真皮，而不是對全身系統(tǒng)的輸送，凝固區(qū)可以有效阻止藥物進入全身血液循環(huán)，減少全身副作用起到積極的作用。由于CO2激光10 600 nm波長被水吸收的效率低于2 940 nm波長的激光，理論上CO2激光被認(rèn)為比Er:YAG激光具有更寬的凝固區(qū)，但實際上MTZs凝固區(qū)厚度與脈沖能量、脈沖寬度和疊加脈沖的數(shù)量更加密切。Banzhaf等采用熒光顯微鏡(FM)和流式細(xì)胞儀研究了CO2點陣激光MTZ密度一致時，凝固區(qū)厚度分別為0、20和80um，深度為700、500、90um，發(fā)現(xiàn)凝固區(qū)的厚度對親水小分子和親脂小分子藥物在透皮吸收中存在差異，以20um時最佳。因此，應(yīng)該根據(jù)不同激光及疾病組織病理特點選擇匹配的脈沖能量、脈沖寬度和脈沖疊加數(shù)量達到適宜的凝固厚度。

2.3.4 與MTZs持續(xù)開放的時間關(guān)系 Banzhaf等用CO2點陣激光（密度5%，光束直徑120μm、能量15mJ）治療后（0min、2min、5min、10min、30min、60min、90min，6h、24h和48h）的特定時間點，在激光治療后30min內(nèi)吸收最強，而在0min、2min、5min、10min和30min的吸收相似，在30min后的24～48h，隨時間延長MTZ通道逐步關(guān)閉致使吸收也逐漸降低（30min時打開100%，6h打開75%，（24～48）h打開3%）。在AFXL治療后的6h內(nèi)，經(jīng)TEWL測量也證實了皮膚完整性的喪失，而到（24～48）h時，激光治療后和非激光治療皮膚的完整性相似。結(jié)論：AFXL治療后維持增強給藥的時間范圍持續(xù)數(shù)小時，在AFXL治療后24h內(nèi)給藥可以明顯提高親水性小分子藥物透皮吸收的能力。

2.4 不同激光的參數(shù) 影響MTZ的密度、深度、凝固帶厚度及修復(fù)時間等因素是由激光本身的波長及其脈寬、能量、光斑直徑、掃描遍數(shù)等決定。因此激光的波長、能量、光斑、脈沖時間、使用周期等都是影響藥物吸收的重要因素。

2.4.1 激光波長 Er:YAG點陣及CO2點陣激光二者的靶基是水，表皮內(nèi)水分對其有較強的吸收能力，都能使皮膚組織加熱100℃，Er:YAG點陣激光，波長為2 940nm，對水的吸收約為CO2激光的10～20倍，它以較小的穿透深度、熱損傷而產(chǎn)生較好的表皮剝脫效果，隨著治療時間的延長皮膚出血增加。CO2激光波長為10600nm，其產(chǎn)生的熱效應(yīng)較Er:YAG激光顯著，MTZs通道周圍的熱損傷（凝固區(qū)）增加，除了產(chǎn)生剝脫效果，還能增加藥物在角質(zhì)層的滲透能力，可以凝固直徑＜0.5mm的血管，治療后不易出血，但術(shù)后疼痛、紅斑和水腫略重。

2.4.2 激光能量 Zorec等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)能量設(shè)置為每脈 沖80mJ、230mJ、380mJ時，隨 著能量的增大，MTZs深度加深；Yang等用CO2點陣激光（參數(shù)掃描場大?。?mm×6mm，脈沖持續(xù)時間：3.5ms，覆蓋率：10%）對甲板分別以能量20mJ、30mJ、40mJ和50mJ處理后觀察發(fā)現(xiàn)，MTZs的深度分別對應(yīng)為266μm、303μm、332μm和359μm，MTZs平均直徑隨著能量的增加成正比而加深和增大。照射能量越大，光熱解作用越強，周圍組織氣化凝固越多。

2.4.3 掃描遍數(shù) 使用Er:YAG激光治療達到組織發(fā)生表皮剝脫，能量密度為5J/cm2時需要4遍掃描，能量密度（8～12）J/cm2時只需要2遍掃描；用較長脈沖時間（10～50）ms的可變脈沖立即可引起組織收縮，其愈合速度介于短脈沖時間（250～350）us的Er:YAG激光和CO2激光之間。在MTZs深度和密度相同的情況下，認(rèn)為疊加多個脈沖的Er:YAG點陣激光預(yù)處理比單脈沖CO2點陣激光預(yù)處理更有效。因此，激光、脈沖時間、掃描遍數(shù)不同透皮吸收效果是不一樣的。

2.4.4 激光光斑直徑 CO2脈沖激光在1ms脈沖時間,組織被穿透大約（20～30）μm和凝固區(qū)厚度約（100～150）μm,但也有凝固厚度到1mm的報道。CO2脈沖激光能量5J/cm2時皮膚溫度上升到（120～200）℃達到氣化組織的作用。光束直徑在（100～300）μm時是快速加熱氣化，但若光束直徑＞2mm引起的是非汽化加熱，增加深部熱損傷的風(fēng)險，因此在使用剝脫性激光進行藥物透皮吸收時，常選擇較長脈沖時間（毫秒級）低能量密度、光斑直徑不宜大，以精確控制燒蝕深度和熱損傷程度。

3 剝脫性點陣激光副反應(yīng)的防控

AFXL雖然是安全有效的新技術(shù)，局部反應(yīng)最常見的是皮膚結(jié)痂、出血、疼痛等副作用，但還應(yīng)注意：① 藥物潛在的全身毒性，因為AFXL的MTZs區(qū)深達真皮，真皮內(nèi)有豐富的皮膚血管網(wǎng)，藥物通過皮膚血管網(wǎng)可以進入全身的血循環(huán)，在一個豬皮模型中透皮給藥利多卡因后，血清中檢測到了利多卡因和代謝物的水平；② 皮膚剝脫及MTZs通道或非無菌的局部藥物制劑可以引入病原體出現(xiàn)局部和全身感染；③ 來自藥物和添加劑的過敏風(fēng)險；④ 聯(lián)合藥物治療產(chǎn)生的促生長因子等可能會促進異常細(xì)胞的增殖；⑤ 兒童應(yīng)用時還應(yīng)考慮體重和體表面積。

臨床醫(yī)生要掌握好AFXL技術(shù)，要理解激光的工作原理和物理知識，以及藥物滲透的生物細(xì)節(jié)，還需要大數(shù)據(jù)的科學(xué)設(shè)計來優(yōu)化AFXL輔助透皮給藥的最佳波長、劑量、時間、頻率、療程等，匹配不同理化性質(zhì)的藥物及結(jié)合疾病本身的臨床及病理特點，最終確保藥物持續(xù)釋放到真皮網(wǎng)狀層，提高療效和安全性，進一步闡明AFXL作用模式的細(xì)胞和分子機制。AFXL從實驗室到臨床的成功轉(zhuǎn)化表明，該技術(shù)有可能成為一種廣泛應(yīng)用的模式，提高療效，尤其適合各種皮膚病的局部治療?？傊?，AFXL輔助透皮給藥是一種獨特的、有前途前景的治療方法。