可穿戴自供電載藥電子微針系統(tǒng)，用于炎癥性皮膚疾病治療

銀屑病等炎癥性皮膚疾病影響著全球2%-3%的人口，其通常發(fā)生在身體的多個(gè)部位，并伴有天然的病理性角質(zhì)屏障，使得傳統(tǒng)的診療方法效果不盡人意。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，近期，南京理工大學(xué)馮章啟團(tuán)隊(duì)與東南大學(xué)王婷團(tuán)隊(duì)、南京醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院孫康健團(tuán)隊(duì)協(xié)作開發(fā)了一種柔性、可穿戴、自供電的載藥電子微針系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在快速遞送多組分化學(xué)藥物的同時(shí)向組織高效注射仿生電子，從而促進(jìn)藥物滲透和組織重塑。相關(guān)成果近期以“Wearable, Self-powered, Drug-Loaded Electronic Microneedles for Accelerated Tissue Repair of Inflammatory Skin Disorders”為題發(fā)表在期刊Advanced Functional Materials上。

圖1 （a）多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；（b）多組分載藥電子微針系統(tǒng)作用于組織促進(jìn)藥物滲透和組織穩(wěn)態(tài)重建的機(jī)制

該多組分載藥電子微針系統(tǒng)主要由電子微針和可穿戴的柔性摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）構(gòu)成（圖1），其可以被設(shè)計(jì)成創(chuàng)可貼或者繃帶的形式，在人體自主呼吸等運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生生理同步的電刺激。在這種仿生電刺激的激發(fā)作用下，載藥電子微針上負(fù)載的多組分藥物能被組織細(xì)胞快速吸收，并且由于針尖的電場聚集效應(yīng)，可以極大程度上減少電刺激對(duì)于細(xì)胞的損傷。同時(shí)通過激發(fā)細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流促進(jìn)細(xì)胞和組織穩(wěn)態(tài)重建，幫助炎癥性皮膚疾病恢復(fù)。

通過微機(jī)械加工方法制備得到多組分載藥電子微針（圖2），利用物理性質(zhì)和化學(xué)極性相反的卡波姆和聚吡咯烷酮（PVP）分別負(fù)載藥物倍他米松（BM）和他扎羅?。═AZ），并通過數(shù)字化可控浸提方法均勻涂覆于微針上。采用這種加工方式可以獲得具有精細(xì)微針形貌和穩(wěn)定藥物負(fù)載量的多組分載藥微針，可以穿刺厚重的角質(zhì)層并將藥物遞送入真皮層。這種穩(wěn)定可控的微制造藥物涂層微針方法也適用于一些不穩(wěn)定大分子藥物。

圖2 多組分載藥電子微針（mD-MN）的制備和表征

多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統(tǒng)中采用輕便的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）作為自發(fā)電能源，其可以靈敏感知身體形變和機(jī)械運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生同頻同強(qiáng)度的仿生電信號(hào)（圖3）。研究人員驗(yàn)證了其作為供電電子單元，能夠穩(wěn)定長期佩戴于身體各個(gè)部位并輸出持續(xù)穩(wěn)定的電信號(hào)。該微電信號(hào)可以通過微針傳導(dǎo)，并在針尖形成局部的電場放大效應(yīng)，從而促進(jìn)藥物跨膜遞送與組織穩(wěn)態(tài)重建。

圖3 多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統(tǒng)中摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）的電氣性能

為了說明多組分載藥電子微針系統(tǒng)在疾病治療中的顯著效應(yīng)，研究人員以咪喹莫特（IMQ）誘導(dǎo)的大鼠銀屑病模型為治療范例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（圖4）。通過對(duì)大鼠銀屑病的治療，得出相比于單純的藥物治療或者電刺激治療方法，采用多組分載藥電子微針系統(tǒng)治療，可以實(shí)現(xiàn)明顯優(yōu)越的炎癥緩解效果，這可能得益于微電子定向注射與藥物加速滲透的聯(lián)合作用。細(xì)胞和生物分子水平分析的結(jié)果同樣驗(yàn)證了這一結(jié)論（圖5），采用多組分載藥電子微針系統(tǒng)可以顯著抑制皮膚組織的炎癥，促進(jìn)組織穩(wěn)態(tài)重建，從而達(dá)到促進(jìn)疾病恢復(fù)的效果。

圖4 多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統(tǒng)在銀屑病治療中的作用

圖5 多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統(tǒng)治療銀屑病療效的細(xì)胞和分子水平分析

與傳統(tǒng)的電刺激和單獨(dú)化療相比，多組分載藥電子微針系統(tǒng)對(duì)銀屑病的炎癥消除效果極佳，這表明多組分化學(xué)藥物和電刺激的組合可以獲得協(xié)同干預(yù)，促進(jìn)受損皮膚的組織重建。同時(shí)，該系統(tǒng)具有重量輕、靈活性高、制造工藝簡單的特點(diǎn)，可以同時(shí)裝載多種藥物（包括不穩(wěn)定藥物和大分子藥物），有望推廣到其他皮膚病。

南京理工大學(xué)馮章啟、東南大學(xué)生物電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王婷、南京醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院孫康健為該論文共同通訊作者。論文第一作者為南京理工大學(xué)博士錢麗麗。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國博士后科學(xué)基金項(xiàng)目、江蘇省優(yōu)秀博士后培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目的資助。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202209407

審核編輯 ：李倩