超聲波驅(qū)動(dòng)的微針貼片，用于細(xì)菌感染痤瘡的高效治療

痤瘡是世界上最常見的皮膚病。多達(dá)80%的青少年（甚至成年人）會(huì)受到痤瘡的影響。痤瘡因?yàn)闀?huì)留下永久性的疤痕，甚至?xí)绊懬嗌倌甑男睦戆l(fā)展。厭氧菌痤瘡丙酸桿菌感染是引起痤瘡的主要原因。皮膚脂質(zhì)分泌過多導(dǎo)致毛孔堵塞，進(jìn)而引起皮膚微環(huán)境缺氧，最終導(dǎo)致皮膚微生物群中痤瘡丙酸桿菌增殖并損害正常組織。痤瘡丙酸桿菌還刺激皮膚細(xì)胞分泌促炎因子。目前，抗生素被主要用于對(duì)抗皮膚細(xì)菌感染。治療痤瘡最常見的方法是口服抗生素或使用局部抗生素面霜。然而，由于皮膚的屏障作用，大多數(shù)藥物不能有效透過皮膚來達(dá)到治療效果。此外，由于痤瘡發(fā)生得如此頻繁，經(jīng)常使用口服抗生素可能會(huì)損害正常的腸道微生物，并導(dǎo)致其他副作用。值得注意的是，痤瘡可以分泌胞外多糖形成生物膜，使細(xì)菌對(duì)一般的抗菌劑和宿主的炎癥細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。因此，原位使用有效的抗菌藥物是治療痤瘡最有效的方法。

為了避免使用抗生素并有效治療痤瘡部位，香港大學(xué)楊偉國、北京大學(xué)吳水林等人在Science Advances上發(fā)表了題為“Ultrasound-triggered interfacial engineering-based microneedle for bacterial infection acne treatment”的研究成果。該成果報(bào)道了一種透明質(zhì)酸鈉微針貼片，可以介導(dǎo)超聲響應(yīng)納米顆粒的經(jīng)皮遞送，用于有效治療痤瘡。香港大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生向一鳴為該文第一作者。

圖1微針貼片治療示意圖

圖2微針貼片和ZnTCPP@ZnO納米顆粒的表征

該研究合成了ZnTCPP@ZnO的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，并將其載入透明質(zhì)酸鈉合成的微針中。復(fù)合材料之間的界面效應(yīng)可以大大提高聲催化性能，有效地降低氧活化所需的能量。在超聲波下，氧氣通過高界面電荷轉(zhuǎn)移獲得更多的電子，從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，從而迅速產(chǎn)生大量的活性氧，在15分鐘的超聲照射下，活性氧介導(dǎo)的痤瘡桿菌殺滅率為99.73%，從而導(dǎo)致痤瘡相關(guān)因子（包括腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素和基質(zhì)金屬蛋白酶）水平降低。

圖3ZnTCPP@ZnO的超聲催化活性及理論計(jì)算

圖4 ZnTCPP@ZnO微針的抗菌效果及細(xì)胞調(diào)控

研究還表明，納米材料釋放的鋅離子可上調(diào)皮膚成纖維細(xì)胞中的金屬硫蛋白Mt1和Mt2。Mts可以維持細(xì)胞內(nèi)的鋅穩(wěn)態(tài)，它們的上調(diào)會(huì)加速皮膚修復(fù)的各種生化和分子事件。因此，研究人員證明鋅離子的存在還會(huì)上調(diào)成纖維細(xì)胞中DNA復(fù)制相關(guān)基因復(fù)制因子C（Rfc3、Rfc4）、DNA連接酶I（Lig1）和Mcm6，這進(jìn)一步證明了鋅離子在促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和支持痤瘡恢復(fù)方面的作用。

圖5 不同樣品中靶基因和qPCR的功能分析

通過皮內(nèi)注射痤瘡桿菌進(jìn)入Balb/c小鼠的背部，建立小鼠痤瘡模型。使用 ZnTCPP@ZnO微針貼片按壓在痤瘡部位，微針溶于真皮層后，取出貼片，超聲照射（G5組，其他組為各種方式的對(duì)照）。7天后，痤瘡大小測(cè)量及HE染色都顯示出ZnTCPP@ZnO微針貼片有抗痤瘡的能力。

圖6 ZnTCPP@ZnO微針貼片抗痤瘡能力測(cè)定

綜上所述，研究人員通過在微針中采用聲催化抗菌納米材料，開發(fā)了一種簡單有效的治療細(xì)菌感染導(dǎo)致的痤瘡的方法。由生物相容性透明質(zhì)酸鈉制成的微針可以輕松地將ZnTCPP@ZnO輸送到痤瘡病變處。復(fù)合結(jié)構(gòu)中ZnTCPP和ZnO之間的界面效應(yīng)提高了超聲波產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移效率，同時(shí)降低了氧氣的活化能，因此在超聲照射下可以產(chǎn)生大量的ROS，保證了復(fù)合材料的聲催化抗菌能力。因此，相信超聲波驅(qū)動(dòng)的微針貼片的設(shè)計(jì)不僅可以有效地應(yīng)用于治療痤瘡感染，而且還可以擴(kuò)展到其他皮膚傷口感染。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf0854

審核編輯 ：李倩