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Bildgebung und -Messungen für die Mikronadeloptimierung

Visualisieren Sie die Erzeugung von Mikrokanälen und die Einführtiefe. Überwachen Sie den zeitlichen Verlauf der Nadelzersetzung oder -schwellung sowie Haut- und Gefäßveränderungen an der Einstichstelle

VivoSight bietet einzigartige Bildgebung und Messungen mit Mikronadeln (MN) zur Optimierung von:

  • Leistung der MN-basierten Arzneimittelabgabe
  • MN-Insertions- und Retentionskonsistenz
  • Langzeitsicherheit wiederholter MN-Anwendungen
  • Entwicklung von Standards für MN-Design, Fertigung und Qualitätskontrolle
VivoSight Echtzeit-In-vivo-Bildgebung von MNs
VivoSight D-OCT image of inserted microneedle array patch with needles and bloodflow
VivoSight-Bild mit Gefäßüberlagerung. Mikronadel dringt 800 μm tief ein [2]

Zu den VivoSight Dx-Funktionen zur Förderung Ihrer MN-Entwicklung gehören:

  • Zu den VivoSight Dx-Funktionen zur Förderung Ihrer MN-Entwicklung gehören: In-vivo-Bildgebung von Mikronadeln in Echtzeit
  • Messen Sie Mikronadelabmessungen, Eindringtiefe, Auflösung und Quellung
  • Messen Sie die Entzündungsreaktion über vaskuläre Veränderungen
  • Verstehen Sie die Morphologie der durch das Gerät verursachten Hautdefekte
  • Messen Sie die Kinetik des Porenverschlusses und der Hauterholung
  • Überprüfen Sie die Reproduzierbarkeit und Konsistenz der Ergebnisse
Professor Ryan Donnelly - Queens University Belfast smiling and holding model of Microneedle Array Patch

VivoSight OCT ist für unsere Mikronadelforschung und für die Entwicklung verwandter Geräte und Anwendungen unerlässlich. Die Möglichkeit, polymere Mikronadeln in vivo sichtbar zu machen, ermöglicht die Messung der exakten Eindringtiefe. Darüber hinaus ermöglicht uns die OCT, die Quell- und Auflösungskinetik von biologisch abbaubaren Nadeln zu überwachen. Es ist ein unverzichtbares Werkzeug, um die Forschung und Produktentwicklung von Microneedle Array Patch (MAP) voranzutreiben und zu optimieren.” [1, 3]

– Ryan F. Donnelly, PhD, School of Pharmacy, Queen’s University Belfast, Vereinigtes Königreich

In-vivo-Strukturanalyse von Microneedle Array Patches (MAPs)

Die VivoSight-Pixelauflösung von 4,4 μm kann die Details der meisten Mikronadel-Arrays erkennen

Ex-vivo VivoSight Dx OCT image of Microneedle patch needles with needle dimensions
Bildstapel können bis zu 500 Frames enthalten, was ausreicht, um die Geometrien der meisten MAPs zu erfassen
Der Patch in diesem Bild hat ein 400 μm dickes Substrat mit MN-Abmessungen von 500 μm Länge und 300 μm Durchmesser
Close up of VivoSight OCT image of imperfectly inserted Microneedle Array Patch with varying penetration
Vergrößerte In-vivo-Ansicht von MAP. Beachten Sie den unterschiedlichen Luftspalt und die Nadeldurchdringung

Polymer-MAPs reflektieren Licht anders als Haut, wodurch sie in vivo identifiziert werden können

MAP-Maßnahmen über OCT:

  • Nadelabmessungen
  • Eindringtiefe der Nadel
  • Porendurchmesser
  • Luftspalt
  • Substratdicke
  • Lösungs- und Quellverhalten
Diagram of Microneedle Array Patch insertion with measurements of pore size air gap and depth of insertion
Close up of VivoSight OCT image of imperfectly inserted Microneedle Array Patch with varying penetration

Relevanz von MAP-Messungen [3]

Nadelauflösungs- und Quellraten

  • Optimierung der Arzneimittelabgabe
  • Optimierung der Flüssigkeitsabsorption und Probenahme
  • Substrat- oder Reservoirbeteiligung
Diagram of Microneedle Array Patch insertion before and after.

Arzneimittelabgabe:

Anschwellen von Mikronadeln und hoch dosierte Arzneimittel- und Impfstoffabgabe durch eine separate arzneimittelhaltige Schicht

Eindringtiefe der Nadel:

  • Dermale Penetrationsoptimierung, relevant für die spezifische Anwendung
Diagram of Microneedle Array Patch insertion with Drug delivery

Flüssigkeitsprobenahme:

Optimierte Mikronadeln für die Extraktion von interstitieller Hautflüssigkeit. Gelegenheit zur Probenahme von Biomarkern und Medikamenten für die Diagnostik, Patientenüberwachung und tragbare Sensoren

Nadelarray-Geometrie

  • Überprüfen Sie das konsistente Verhalten beim Einfügen und Aufbewahren von Patches
Diagram of Microneedle Array Patch insertion

Energieabgabe:

Beladen von Hydrogel-bildenden Microneedle Array Patches (MAPs) mit Laser-Target-Chromophoren (plasmonische Gold-Nanostäbchen) für die kontrollierte photothermische Lasertherapie von hellem Hautkrebs

Porengröße:

  • Optimierung der Hautwiederherstellung

VivoSight 6 mm x 6 mm Sichtfeld umfasst einen großen Teil eines Arrays

VivoSight image stack can be viewed frame by frame to focus on areas of interest for measurements like consistent penetration depth
Der VivoSight-Bildstapel kann Bild für Bild angezeigt werden, um sich auf interessante Bereiche für Messungen wie konsistente Eindringtiefe zu konzentrieren
Magnified image of VivoSight OCT image of a Microneedle showing inserted depth and air gap
Vergrößerte Ansicht des ausgewählten Rahmens zeigt:
• Nadelpenetration der Haut
• Größe des Luftspalts
• Haut/Substrat-Grenzfläche

Mit VivoSight können Sie die Nadellänge und Einstichtiefe im Laufe der Zeit überwachen und messen

Chart of needle length & insertion depth

  • Blau (a + b): Gesamtnadellänge. Reduziert sich über 20 Minuten, wenn die Nadel ihre Form zu einem stumpfen Kegel ändert
  • Orange (b): Nadelpenetration in die Haut. Etwa 75 % der Nadel durchdrangen die Haut.
  • Der Luftspalt zwischen Haut und Substrat ist der Unterschied zwischen den beiden; es reduziert sich über 20 Minuten
Diagram of Microneedle Array Patch insertion with measurements of pore size air gap and depth of insertion

Mit VivoSight können Sie die Porengröße, Schwellung und Auflösung im Laufe der Zeit überwachen und messen

Proportion of needle affected increases linearly with time
Der Anteil der betroffenen Nadel steigt linear mit der Zeit an
A sequence of VivoSight OCT images of Microneedle Array Patch inserted into skin showing increasing penetration and needle swelling.
OCT visualisiert die Änderung des Polymerzustands, wenn es hydratisiert (wird von grau zu schwarz)

Verweise:

1. R.F. Donnelly et al. Optical coherence tomography is a valuable tool in the study of the effects of microneedle geometry on skin penetration characteristics and in-skin dissolution. Journal of Controlled Release 147 (2010) 333–341

2. S. Sharma, et al., Rapid, low cost prototyping of transdermal devices for personal healthcare monitoring, Sensing and Bio-Sensing Research (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.sbsr.2016.10.004

3. R.F. Donnelly et al. Evaluation of the clinical impact of repeat application of hydrogel-forming microneedle array patches. Drug Delivery and Translational Research (Feb 2020). https://doi.org/10.1007/s13346-020-00727-2

4. E. Kim et al., Microneedle array delivered recombinant coronavirus vaccines: Immunogenicity and rapid translational development, EBioMedicine (2020), https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2020.102743

5. M. R. Prausnitz, Engineering Microneedle patches for vaccination and drug delivery to skin. Annu. Rev. Chem. Biomol. 8, 177–200 (2017).

6. J. W. Lee, J. H. Park, M. R. Prausnitz, Dissolving microneedles for transdermal drug delivery. Biomaterials 29, 2113–2124 (2008).

7. Banzhaf CA, Wind BS, Mogensen M, Meesters AA, Paasch U, Wolkerstorfer A, Haedersdal M. Spatiotemporal Closure of Fractional Laser-Ablated Channels Imaged by Optical Coherence Tomography and Reflectance Confocal Microscopy, Lasers Surg Med. 2016 Feb;48(2):157-65