Ultrasound-mediated transdermal drug delivery: Mechanisms, scope, and emerging trends

Abstract

The use of ultrasound for the delivery of drugs to, or through, the skin is commonly known as sonophoresis or phonophoresis. The use of therapeutic and high frequencies of ultrasound (≥ 0.7 MHz) for sonophoresis (HFS) dates back to as early as the 1950s, while low-frequency sonophoresis (LFS, 20 – 100 kHz) has only been investigated significantly during the past two decades. Although HFS and LFS are similar because they both utilize ultrasound to increase the skin penetration of permeants, the mechanisms associated with each physical enhancer are different. Specifically, the location of cavitation and the extent to which each process can increase skin permeability are quite dissimilar. Although the applications of both technologies are different, they each have strengths that could allow them to improve current methods of local, regional, and systemic drug delivery. In this review, we will discuss the mechanisms associated with both HFS and LFS, specifically concentrating on the key mechanistic differences between these two skin treatment methods. Background on the relevant physics associated with ultrasound transmitted through aqueous media will also be discussed, along with implications of these phenomena on sonophoresis. Finally, a thorough review of the literature is included, dating back to the first published reports of sonophoresis, including a discussion of emerging trends in the field.

Influência do ultrassom de baixa frequência associado à hidrogéis na permeabilidade da pele e no tratamento tópico do câncer de pele

“…Recentemente, Huber et al (2015) (Leighton, 1998). Muitos fenômenos interessantes podem ocorrer em solução aquosa devido à oscilação das ondas sonoras, dos quais alguns resultam na maior penetração de fármacos através da pele pela técnica conhecida como sonoforese (Polat et al, 2011a Fonte: Conceitos básicos sobre acústica (2015).…”

“…Uma vez que o sinal elétrico chega na sonda, ele é convertido em onda mecânica por cristais piezoelétricos através da ponta do transdutor e transmitida ao meio desejado (Polat et al,2011a).…”

“…Esta distinção é realizada em função das diferentes alterações causadas na pele associadas ao LFU e HFU (Polat et al, 2011a), as quais serão discutidas posteriormente.…”

“…Mais uma vez é importante ressaltar que os mecanismos associados à melhora na permeabilidade da pele quando a sonoforese é utilizada estão relacionados ao tipo de protocolo utilizado (Polat et al, 2011a). Desta forma, é completamente viável que a convecção ocorra quando o tratamento simultâneo é utilizado, ao passo que, quando se utiliza o pré-tratamento, é menos provável que a convecção influencie na penetração do fármaco devido a ausência deste no meio de acoplamento.…”

“…Essas bolhas podem oscilar, crescer, se dividir ou interagir com outras bolhas (Polat et al, 2011a). Durante a aplicação do LFU, a cavitação acústica é predominantemente induzida no meio de acoplamento (líquido presente entre a sonda do transdutor e a pele), de modo que o raio das bolhas de cavitação está diretamente relacionado à frequência aplicada do ultrassom (Equação I, Figura 14,).…”