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

圖1 （a）多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統結構示意圖；（b）多組分載藥電子微針系統作用于組織促進藥物滲透和組織穩態重建的機制

該多組分載藥電子微針系統主要由電子微針和可穿戴的柔性摩擦納米發電機（TENG）構成（圖1），其可以被設計成創可貼或者繃帶的形式，在人體自主呼吸等運動下產生生理同步的電刺激。在這種仿生電刺激的激發作用下，載藥電子微針上負載的多組分藥物能被組織細胞快速吸收，并且由于針尖的電場聚集效應，可以極大程度上減少電刺激對于細胞的損傷。同時通過激發細胞外鈣離子內流促進細胞和組織穩態重建，幫助炎癥性皮膚疾病恢復。

通過微機械加工方法制備得到多組分載藥電子微針（圖2），利用物理性質和化學極性相反的卡波姆和聚吡咯烷酮（PVP）分別負載藥物倍他米松（BM）和他扎羅汀（TAZ），并通過數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微針形貌和穩定藥物負載量的多組分載藥微針，可以穿刺厚重的角質層并將藥物遞送入真皮層。這種穩定可控的微制造藥物涂層微針方法也適用于一些不穩定大分子藥物。

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）系統中采用輕便的摩擦電納米發電機（TENG）作為自發電能源，其可以靈敏感知身體形變和機械運動并產生同頻同強度的仿生電信號（圖3）。研究人員驗證了其作為供電電子單元，能夠穩定長期佩戴于身體各個部位并輸出持續穩定的電信號。該微電信號可以通過微針傳導，并在針尖形成局部的電場放大效應，從而促進藥物跨膜遞送與組織穩態重建。

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

為了說明多組分載藥電子微針系統在疾病治療中的顯著效應，研究人員以咪喹莫特（IMQ）誘導的大鼠銀屑病模型為治療范例進行實驗（圖4）。通過對大鼠銀屑病的治療，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治療，可以實現明顯優越的炎癥緩解效果，這可能得益于微電子定向注射與藥物加速滲透的聯合作用。細胞和生物分子水平分析的結果同樣驗證了這一結論（圖5），采用多組分載藥電子微針系統可以顯著抑制皮膚組織的炎癥，促進組織穩態重建，從而達到促進疾病恢復的效果。

圖4 多組分載藥電子微針（mD-eMN）系統在銀屑病治療中的作用

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

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

南京理工大學馮章啟、東南大學生物電子學國家重點實驗室王婷、南京醫科大學第四附屬醫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博士錢麗麗。該工作得到了國家自然科學基金項目、中國博士后科學基金項目、江蘇省優秀博士后培養計劃項目和中央高校基本科研業務費專項資金等項目的資助。

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

審核編輯 ：李倩