一種可將治療藥物注入眼球的新型“自塞式微針”

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近日，來(lái)自韓國(guó)全南大學(xué)、美國(guó)寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所（TIBI）、韓國(guó)延世大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種可將治療藥物注入眼球的新型“自塞式微針”（Self-Plugging microneedle，SPM），有望解決治療眼部疾病的主要挑戰(zhàn)之一——將治療藥物準(zhǔn)確遞送到眼球所需部位，同時(shí)防范注射部位可能出現(xiàn)的并發(fā)癥。

這項(xiàng)研究工作以“Self-Plugging Microneedle (SPM) for Intravitreal Drug Delivery”為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials期刊上，通過(guò)展示相關(guān)的臨床前成果，證明了所開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新型可生物降解的微針，其浸涂的治療藥物，可在插入眼球后釋放。此外該微針還貼有一種特殊的水凝膠塞，在插入同時(shí)可以密封其所形成的針孔。此外，該微針的針頭可以制造成不同的長(zhǎng)度，因此治療藥物可以精確定位并分散到視網(wǎng)膜組織或眼球內(nèi)的其他區(qū)域。

自塞式微針提供更有針對(duì)性的給藥方法

TIBI董事、首席執(zhí)行官兼論文共同作者Ali Khademhosseini博士說(shuō)：“這種給藥治療方法的新突破可以避免與使用針頭治療嚴(yán)重眼部疾病相關(guān)的問(wèn)題。這是我們研究所開(kāi)發(fā)的眾多簡(jiǎn)單、有效且有影響力的創(chuàng)新技術(shù)之一，我們研究所專(zhuān)注于將生物醫(yī)學(xué)工程轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)際應(yīng)用。”

視網(wǎng)膜給藥的挑戰(zhàn)和需求

視網(wǎng)膜是構(gòu)成眼球后部?jī)?nèi)層的一層薄薄的細(xì)胞，其接收光線(xiàn)并將其轉(zhuǎn)換為視覺(jué)信號(hào)，然后傳輸?shù)酱竽X，再由大腦將信號(hào)解釋為圖像，最終形成人類(lèi)視覺(jué)。

視網(wǎng)膜對(duì)擁有清晰的視力發(fā)揮著重要的作用，而與此同時(shí)，視網(wǎng)膜及其關(guān)鍵的中央?yún)^(qū)域——黃斑，會(huì)因年齡、遺傳、疾病和其他風(fēng)險(xiǎn)因素而受到不同程度的損害。這種損害會(huì)導(dǎo)致從視力扭曲到嚴(yán)重受損直至完全失明的各種癥狀，并且可能在不同人群中廣泛存在。事實(shí)上，年齡相關(guān)性黃斑變性是60歲以上成年人不可逆視力喪失的主要原因，而糖尿病視網(wǎng)膜病變是美國(guó)處于20-74歲工作年齡的成年人失明的主要原因。

某些形式的視網(wǎng)膜病變可以通過(guò)使用注射器和皮下注射針頭將藥物注射到眼球中來(lái)治療。在這個(gè)過(guò)程中，注射的藥物通過(guò)眼球內(nèi)的液體擴(kuò)散到病患部位。但通常，這種治療方式需要長(zhǎng)期及多次的藥物注射，這對(duì)于患者來(lái)說(shuō)無(wú)疑會(huì)造成很大的困難。除此之外，該方式還引入了在拔針部位發(fā)生細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。從而可能導(dǎo)致患病眼睛中漂浮的腫瘤細(xì)胞通過(guò)穿刺孔逃逸并擴(kuò)散到其他部位。

以往的方法

為了避免這些問(wèn)題，已有相關(guān)研究嘗試使用植入式針頭進(jìn)行給藥。然而，力學(xué)難題以及通過(guò)眼球粘性液體的困難阻礙了針頭的準(zhǔn)確放置，并帶來(lái)了視網(wǎng)膜損傷的額外風(fēng)險(xiǎn)。其他方法涉及用聚合物塞來(lái)封閉皮下針刺留下的針孔，但這需要一個(gè)單獨(dú)的步驟，并有注射后的時(shí)間延遲問(wèn)題。

不同類(lèi)型的微針，無(wú)論是單一形式還是貼片形式，已被證明可有效地將藥物遞送到眼睛的不同區(qū)域，并且能夠在最小穿刺尺寸的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最佳的靶向給藥效果。因此，TIBI所在的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，以此技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)開(kāi)發(fā)一種新型自塞式微針，構(gòu)建了對(duì)眼球進(jìn)行注射治療的先進(jìn)療法。

該聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)利用精密制造方法制造了各種長(zhǎng)度的可生物降解的尖頭超薄微針。這種針頭長(zhǎng)度的多樣性提高了其在眼球中放置位置的可控性，從而可以將藥物更準(zhǔn)確地遞送到病患部位，而微針的細(xì)度可以使眼球的切口尺寸達(dá)到最小化，此外，微針的尖端可以浸涂有治療藥物，在插入眼球時(shí)實(shí)現(xiàn)藥物釋放。

另外，作為一項(xiàng)創(chuàng)新的補(bǔ)充，微針的鈍端貼有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的水凝膠塞，在注射后會(huì)膨脹并密封插入的針孔。

臨床前測(cè)試

研究人員首先對(duì)兩種微針涂層進(jìn)行了顯微鏡檢測(cè)和強(qiáng)度測(cè)試，接著對(duì)其進(jìn)行了給藥和密封效果的驗(yàn)證測(cè)試。初步體外試驗(yàn)表明，載藥微針可以在24小時(shí)內(nèi)基本達(dá)到給藥完全。在另一項(xiàng)類(lèi)似的試驗(yàn)中，研究人員將載有染料的自塞式微針插入裝有豬眼球液的小瓶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)染料可以在注射到眼球的合適距離內(nèi)釋放。

測(cè)量培養(yǎng)的豬眼球內(nèi)部壓力的離體實(shí)驗(yàn)表明，在應(yīng)用自塞式微針后，壓力幾乎沒(méi)有變化，這與應(yīng)用非自塞微針時(shí)獲得的壓降不同。此外，在自塞式微針的作用部位對(duì)組織的檢查證實(shí)了其可以牢固附著于作用部位。

在后續(xù)的體外實(shí)驗(yàn)中，研究人員用染料追蹤方法測(cè)試了自塞式微針在培養(yǎng)的兔和豬眼球的釋放特性。眼球組織切片顯示，插入部位的染料分布距離與針頭長(zhǎng)度成正比，證明了自塞式微針的空間可控給藥能力。

最后，研究人員利用豬動(dòng)物模型進(jìn)行了體內(nèi)試驗(yàn)，將載有染料的自塞式微針應(yīng)用到豬的眼睛7天后，觀(guān)察豬的角膜發(fā)現(xiàn)自塞式微針仍然牢固地植入在眼球并且沒(méi)有出現(xiàn)變形。使用手術(shù)海綿進(jìn)行的泄漏測(cè)試表明沒(méi)有眼球液泄漏。

此外，豬眼球組織切片染色結(jié)果顯示，染料可以完全分散，并深入滲透到視網(wǎng)膜組織中。值得注意的是，應(yīng)用部位沒(méi)有炎癥或組織破壞的跡象。

這項(xiàng)工作得到了韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)（NRF）、韓國(guó)政府基金（MSIT）（2021R1F1A105502211）以及國(guó)家研究基金會(huì)（教育部）基礎(chǔ)科學(xué)研究計(jì)劃（NRF-2017R1A6A3A04004741）的資助。

關(guān)于寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所

寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所（TIBI）是一家非營(yíng)利性研究機(jī)構(gòu)，致力于發(fā)明和促進(jìn)恢復(fù)或增強(qiáng)個(gè)人健康的實(shí)用解決方案。TIBI的研究利用科學(xué)進(jìn)步來(lái)了解每個(gè)人的獨(dú)特之處，從人體組織的宏觀(guān)尺度到基因的微觀(guān)尺度，為當(dāng)今社會(huì)一些最緊迫的醫(yī)學(xué)問(wèn)題創(chuàng)造技術(shù)解決方案。該研究所使用創(chuàng)新的技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算和組織工程方法，在個(gè)體患者的水平上研究人類(lèi)疾病。該研究團(tuán)隊(duì)將這些研究的結(jié)果轉(zhuǎn)化為量身定制的診斷和治療方法，包括個(gè)性化材料、細(xì)胞和植入物，具有獨(dú)特的潛力，并廣泛適用于各種疾病、紊亂和損傷。

該研究所由已故的器官移植技術(shù)領(lǐng)域先驅(qū)者Paul I Terasaki博士捐贈(zèng)。

審核編輯 ：李倩