离子液体在经皮给药中的应用 
                    2025-10-30      来源:本站     点击次数:53
                    
                    
                    
                        经皮给药,这个被誉为 “无痛给药革命” 的技术,一直以来被角质层这座 “天然屏障” 所束缚 —— 传统认知中,只有分子量<500 Da、具备适度脂溶性的小分子才能穿透皮肤。而如今,一类被称为 “离子液体” (ionic liquids,ILs)的特殊物质正在改写这一规则:它能让胰岛素、siRNA 等水溶性大分子轻松穿越皮肤屏障,为外用制剂和经皮吸收制剂的开发开辟了全新赛道。
作为室温下呈液态的有机盐,离子液体凭借可调控的物理化学性质、优异的增溶能力和生物相容性,正从化学实验室快步走进医药研发的核心舞台。本文将系统解析离子液体在经皮给药领域的技术突破、临床进展及未来潜力,为制药研发人员提供从基础到应用的全景视角。
 

痛点
经皮给药的优势早已被行业认可:无需承受注射疼痛、规避肝脏首过效应、实现药物长效缓释…… 但皮肤最外层的角质层,由角质细胞与细胞间脂质紧密排列而成,如同 “铜墙铁壁” 般阻断了多数药物的渗透。长期以来,能透过皮肤的药物被死死限制在 “分子量<500 Da + 适度脂溶性” 的框架内,而当前医药研发的主力 —— 蛋白质、核酸、多肽等水溶性中大分子,几乎被挡在门外,只能依赖注射给药。
破局
离子液体的出现,为这一困境带来了转机。这类由有机阳离子与有机 / 无机阴离子组成的液态盐,通过调整离子组合可设计出无数种特性各异的溶剂。与水和有机溶剂相比,它不仅能显著提升药物的溶解度和稳定性,更能突破角质层屏障,让原本无法透皮的药物(即使是 hydrophilic macromolecules)顺利渗透。
更重要的是,离子液体的 “多功能性” 使其成为经皮给药的理想工具:既能作为溶剂溶解难溶性药物,又能作为吸收促进剂打开皮肤通道,还能稳定易降解的生物制剂。这种 “一站式” 解决方案,让它在止痛、抗炎、抗癌、糖尿病治疗等多个领域展现出巨大潜力。
02 经皮给药中的离子液体:从 “旧世代” 到 “新世代” 的进化
离子液体并非全新物质,但在医药领域的应用却是近十年的突破。根据成分和特性,可分为 “旧世代” 和 “新世代” 两大类,其安全性和适用性差异显著。
旧世代离子液体 潜力与局限并存
早期研究中,咪唑鎓(imidazolium)、吡啶鎓(pyridinium)等阳离子,与四氟硼酸根(tetrafluoroborate)、六氟磷酸根(hexafluorophosphate)等含氟阴离子组成的离子液体是研究热点。它们能有效改善药物溶解性,但存在两大短板:生物降解性差、毒性较高,且可能引发环境风险,限制了临床应用。
新世代离子液体 安全性与功能性的双重突破
为解决旧世代的缺陷,研究者将目光转向生物相容性更高的成分,推动了新世代离子液体的诞生:
•氨基酸基离子液体:Ohno 团队以氨基酸为阴离子(如甘氨酸、丙氨酸),与 1-乙基-3-甲基咪唑鎓等阳离子结合,通过调整氨基酸侧链和化学修饰,可调控粘性、玻璃化温度等物性,生物相容性显著提升。
•胆碱基离子液体:Mitragotri 团队开发的 CAGE(choline and geranic acid)是典型代表。由生物体内天然存在的胆碱(阳离子)和香叶酸(阴离子)组成,不仅安全性高,还自带抗菌活性,已被广泛用于多种药物的经皮吸收研究。
•医用级离子液体库(ILTS):MEDRx 株式会社建立的 ILTS 技术,精选已证实人体适用性的化合物组合,拥有 100-200 种离子液体库,可根据药物特性灵活选择,兼顾高安全性和高效性。
新世代离子液体的另一大优势是 “协同使用” 能力:可与水、油或微乳液复配,作为水层 / 油层成分增强药物溶解。例如,Goto 团队将离子液体与肉豆蔻酸异丙酯(油相)、吐温 - 80(表面活性剂)组成 IL/O 微乳液,显著提升了药物的皮肤渗透性。
03 离子液体的功能:溶解、稳定、促吸收 “三位一体”
离子液体在经皮给药中的核心价值,源于其在药物溶解、稳定和透皮促进三方面的独特作用,这些机制已被大量研究证实。
溶解辅助:突破难溶性药物的 “瓶颈”
多数药物(尤其是小分子化学药)因水溶性差难以制成制剂,离子液体通过多种分子间相互作用解决这一问题:
•π-π 相互作用与氢键:含芳香环的药物(如心血管药 LASSBio-294)可与咪唑鎓阳离子的咪唑环形成 π-π 相互作用,同时与乙酸根等阴离子的氧原子形成氢键,溶解度显著提升。
•药物离子液体化:将难溶性药物直接转化为离子液体是更彻底的方案。例如,弱碱性药物阿米替林(amitriptyline)与脂溶性阴离子(如十二烷基硫酸根)结合后,可形成自组装纳米粒子,溶解度提升数十倍;弱酸性药物托芬那酸(tolfenamic acid)与脂溶性阳离子(如丁基十二烷基二甲基铵)结合,也能通过类似机制增强溶解。
这种 “量身定制” 的溶解策略,让许多 “躺平” 在实验室的难溶性候选药物重获开发可能。
稳定化:为生物制剂 “保驾护航”
蛋白质、核酸等生物制剂易受温度、酶、pH 影响而降解,离子液体的加入可显著提升其稳定性:
•保护核酸:siRNA 易被皮肤中的 RNase 降解,而胆碱 - 磷酸二氢根离子液体可通过浓度依赖方式抑制 RNase 活性,同时提高 siRNA 的融解温度,增强热稳定性。
•稳定 DNA 与蛋白质:胆碱阳离子可与 DNA 骨架形成静电相互作用,并与小沟(minor groove)产生疏水作用,维持 DNA 结构稳定;对于蛋白质,离子液体可抑制 pH、热或振动引起的聚集和失活(如胰岛素在特定离子液体中可减少聚集)。
这一特性让离子液体成为 mRNA 疫苗、抗体药物等生物制剂经皮给药的 “保护伞”。
吸收促进:打开角质层的 “三重门”
角质层的细胞间脂质和角蛋白是药物透皮的主要障碍,离子液体通过多重机制突破这一屏障:
•扰乱细胞间脂质:CAGE 等离子液体可抽出角质层中的脂质,同时增加其流动性,形成药物渗透通道;1 - 辛基 - 3 - 甲基咪唑鎓离子液体的短烷基链可在脂质膜疏水区域制造空隙,提升通透性。
•影响角蛋白:离子液体可改变角蛋白的排列结构,降低其对药物的阻碍(如含离子液体的微乳液可扰乱角蛋白定向性)。
•调节药物 - 皮肤相互作用:部分离子液体可阻断药物与皮肤成分的结合(如 zaltoprofen 与神经酰胺的氢键),促进药物在皮肤中的扩散。
这种 “多管齐下” 的促吸收机制,让大分子药物透皮从 “不可能” 变为 “常规操作”。
04 安全性:临床转化的 “红线” 与应对策略
离子液体的临床应用必须跨过 “安全性” 这道坎。其毒性与阳离子、阴离子的结构密切相关,需针对性评估。
阳离子:烷基链长度是关键
咪唑鎓、吡啶鎓等阳离子的烷基链越长,与生物膜的相互作用越强,膜损伤风险越高。例如,长链烷基咪唑鎓对皮肤角质形成细胞的毒性显著高于短链;而胆碱等天然来源的阳离子,毒性远低于传统咪唑鎓。
阴离子:脂溶性与水解性需警惕
阴离子毒性整体较低,但脂溶性高或易水解的阴离子(如三氰基甲烷根、硫氰酸根)毒性较高;而二甲磷酸根、乙基硫酸根等阴离子对成纤维细胞的毒性较弱。
安全案例与优化方向
• CAGE:兼具抗菌活性和低皮肤刺激性,对细菌杀伤强但对正常细胞毒性低,已进入临床研究。
• ILTS 技术:基于人体使用过的安全成分组合,毒性风险可控,相关贴剂已推进至临床。
• 评估标准:皮肤应用需重点关注角质形成细胞毒性,建议结合三维皮肤模型等体外模型综合评价。通过优化离子组合(如缩短烷基链、选用天然来源离子),可在保证功效的同时将毒性降至很低。
05 临床应用:从实验室到临床的 “突破清单”
离子液体经皮制剂的研发已从基础研究迈向临床,覆盖多个疾病领域,部分产品已接近上市。
疼痛与炎症:NSAIDs 的“透皮升级”
非甾体抗炎药(NSAIDs)是经皮给药的重点方向,离子液体的加入让其效率和安全性更上一层楼:
• 依托度酸- 利多卡因离子液体:依托度酸水溶性差,与利多卡因形成离子液体后,溶解度提升 80 倍,透皮量显著增加,镇痛抗炎效果更持久。
• 布洛芬 - 氨基酸离子液体:布洛芬与甘氨酸、丙氨酸形成的离子液体,水溶性提升 5 倍以上,透皮性增强且无明显细胞毒性,适合长期外用。
 

皮肤疾病:从 “表面” 到 “深层” 的治疗
皮肤疾病的局部给药可减少全身副作用,离子液体让药物直达病灶:
• 特应性皮炎:STAT6 是诱发炎症的关键因子,其诱饵 ODN(寡核苷酸)在 ILTS 技术辅助下透皮性提升 4 倍,可抑制 IL-4、IL-13 等炎症因子,缓解皮肤肥厚。
• 银屑病:NFKBIZ 是银屑病恶化的驱动因子,将其 siRNA 溶于胆碱 - 香叶酸离子液体后,透皮量增加 5 倍,可降低 NFKBIZ 表达,减轻红斑和角质细胞过度增殖。
• 皮肤感染:CAGE 不仅能促进头孢他啶(ceftazidime)透皮,还可直接抑制生物膜形成,单独或与抗生素联用均能显著增强抗菌活性。
癌症:经皮给药的 “精准打击”
皮肤相关癌症(如黑色素瘤)或体表肿瘤可通过离子液体经皮给药实现局部高浓度治疗:
• 黑色素瘤:BCL-2 抑制剂 navitoclax 在胆碱 - 辛酸离子液体中溶解度提升 150 倍,虽透皮总量略低,但真皮中药物浓度更高,肿瘤局部疗效增强且全身毒性降低。
• 癌症疫苗:OVA 肽、WT1 肽等肿瘤抗原在离子液体辅助下可高效透皮,激活皮肤中的抗原呈递细胞,诱导特异性 CD8+ T 细胞应答,抑制肺癌等肿瘤生长(如 ILTS 制剂可同时促进肽抗原和佐剂 resiquimod 吸收,增强免疫应答)。
糖尿病:告别注射的 “长效控制”
胰岛素等多肽药物的经皮给药是糖尿病患者的福音:
•胰岛素经皮制剂:胰岛素溶于 CAGE 后可保持二级结构,透皮后 4 小时内血糖降低 40%,作用持续 12 小时,有望替代部分注射制剂。
•诺比列汀(nobiletin)透皮:作为黄酮类降糖药,nobiletin 在 CAGE 中透皮性增强,可实现长期平稳降糖,适合 2 型糖尿病管理。
04 临床进展与未来展望:从 “单点突破” 到 “全面开花”
目前,离子液体经皮制剂的临床转化已取得阶段性成果:
•MEDRx 公司:带状疱疹后神经痛治疗贴剂 Lydolyte 已完成临床,2023 年 3 月提交上市申请;替扎尼定(痉挛麻痹)、芬太尼(镇痛)贴剂进入临床。
•CAGE Bio 公司:CAGE 为主成分的 CGB400 治疗酒渣鼻样皮炎的临床研究正在推进。
未来,随着 AMED 等机构对 “中分子药物经皮 / 经肠吸收促进技术” 的投入,离子液体的应用将从经皮扩展到更多给药途径。同时,新型离子液体的设计(如响应性智能离子液体)、联合其他促透技术(如微针、电穿孔)或将进一步突破现有瓶颈。
对于制药研发人员而言,离子液体的价值不仅在于 “解决问题”,更在于 “创造可能”—— 它让原本因给药限制被放弃的候选药物重获生机,让复杂制剂的开发变得更简单高效。或许在不久的将来,“一抹就好” 的胰岛素、“一贴抗癌” 的靶向药,将成为临床常态。
离子液体在经皮给药领域的崛起,本质上是 “材料创新” 推动 “制剂革命” 的典范。从突破角质层屏障到稳定生物制剂,从实验室的分子设计到临床的贴剂应用,它正一步步改写经皮给药的 “规则手册”。对于制药研发人员而言,把握离子液体的特性与应用逻辑,或将在新一轮制剂创新浪潮中抢占先机。未来已来,离子液体与经皮给药的结合,终将为患者带来更安全、更便捷、更有效的治疗选择。
参考文献
1.Taro Shimizu, Hidetoshi Hamamoto, Tatsuhiro Ishida, Development and medical application of ionic liquid-based transdermal formulations, Drug Delivery System, 2023, Volume 38, Issue 3, Pages 230-238,
2.Gomes, J.M., et al., Chem. Soc. Rev., 48, 4317-4335(2019) 
3.Ohno, H., et al., Acc Chem. Res., 40, 1122-1129(2007) 
4.Fukumoto, K., et al., J. Am. Chem. Soc., 127, 2398-2399(2005)