據麥姆斯咨詢報道，近日，來自韓國全南大學、美國寺崎生物醫學創新研究所（TIBI）、韓國延世大學等科研機構的科學家們聯合開發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之一——將治療藥物準確遞送到眼球所需部位，同時防范注射部位可能出現的并發癥。

這項研究工作以“Self-Plugging Microneedle (SPM) for Intravitreal Drug Delivery”為題發表在Advanced Healthcare Materials期刊上，通過展示相關的臨床前成果，證明了所開發的創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度，因此治療藥物可以精確定位并分散到視網膜組織或眼球內的其他區域。

自塞式微針提供更有針對性的給藥方法

TIBI董事、首席執行官兼論文共同作者Ali Khademhosseini博士說：“這種給藥治療方法的新突破可以避免與使用針頭治療嚴重眼部疾病相關的問題。這是我們研究所開發的眾多簡單、有效且有影響力的創新技術之一，我們研究所專注于將生物醫學工程轉化為臨床實際應用。”

視網膜給藥的挑戰和需求

視網膜是構成眼球后部內層的一層薄薄的細胞，其接收光線并將其轉換為視覺信號，然后傳輸到大腦，再由大腦將信號解釋為圖像，最終形成人類視覺。

視網膜對擁有清晰的視力發揮著重要的作用，而與此同時，視網膜及其關鍵的中央區域——黃斑，會因年齡、遺傳、疾病和其他風險因素而受到不同程度的損害。這種損害會導致從視力扭曲到嚴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。事實上，年齡相關性黃斑變性是60歲以上成年人不可逆視力喪失的主要原因，而糖尿病視網膜病變是美國處于20-74歲工作年齡的成年人失明的主要原因。

某些形式的視網膜病變可以通過使用注射器和皮下注射針頭將藥物注射到眼球中來治療。在這個過程中，注射的藥物通過眼球內的液體擴散到病患部位。但通常，這種治療方式需要長期及多次的藥物注射，這對于患者來說無疑會造成很大的困難。除此之外，該方式還引入了在拔針部位發生細菌感染的風險。從而可能導致患病眼睛中漂浮的腫瘤細胞通過穿刺孔逃逸并擴散到其他部位。

以往的方法

為了避免這些問題，已有相關研究嘗試使用植入式針頭進行給藥。然而，力學難題以及通過眼球粘性液體的困難阻礙了針頭的準確放置，并帶來了視網膜損傷的額外風險。其他方法涉及用聚合物塞來封閉皮下針刺留下的針孔，但這需要一個單獨的步驟，并有注射后的時間延遲問題。

不同類型的微針，無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域，并且能夠在最小穿刺尺寸的基礎上，實現最佳的靶向給藥效果。因此，TIBI所在的聯合研究團隊，以此技術為基礎，通過開發一種新型自塞式微針，構建了對眼球進行注射治療的先進療法。

該聯合研究團隊利用精密制造方法制造了各種長度的可生物降解的尖頭超薄微針。這種針頭長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確地遞送到病患部位，而微針的細度可以使眼球的切口尺寸達到最小化，此外，微針的尖端可以浸涂有治療藥物，在插入眼球時實現藥物釋放。

另外，作為一項創新的補充，微針的鈍端貼有經過實驗優化的水凝膠塞，在注射后會膨脹并密封插入的針孔。

臨床前測試

研究人員首先對兩種微針涂層進行了顯微鏡檢測和強度測試，接著對其進行了給藥和密封效果的驗證測試。初步體外試驗表明，載藥微針可以在24小時內基本達到給藥完全。在另一項類似的試驗中，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，結果發現染料可以在注射到眼球的合適距離內釋放。

測量培養的豬眼球內部壓力的離體實驗表明，在應用自塞式微針后，壓力幾乎沒有變化，這與應用非自塞微針時獲得的壓降不同。此外，在自塞式微針的作用部位對組織的檢查證實了其可以牢固附著于作用部位。

在后續的體外實驗中，研究人員用染料追蹤方法測試了自塞式微針在培養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，研究人員利用豬動物模型進行了體內試驗，將載有染料的自塞式微針應用到豬的眼睛7天后，觀察豬的角膜發現自塞式微針仍然牢固地植入在眼球并且沒有出現變形。使用手術海綿進行的泄漏測試表明沒有眼球液泄漏。

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

這項工作得到了韓國國家研究基金會（NRF）、韓國政府基金（MSIT）（2021R1F1A105502211）以及國家研究基金會（教育部）基礎科學研究計劃（NRF-2017R1A6A3A04004741）的資助。

關于寺崎生物醫學創新研究所

寺崎生物醫學創新研究所（TIBI）是一家非營利性研究機構，致力于發明和促進恢復或增強個人健康的實用解決方案。TIBI的研究利用科學進步來了解每個人的獨特之處，從人體組織的宏觀尺度到基因的微觀尺度，為當今社會一些最緊迫的醫學問題創造技術解決方案。該研究所使用創新的技術平臺，通過結合先進的計算和組織工程方法，在個體患者的水平上研究人類疾病。該研究團隊將這些研究的結果轉化為量身定制的診斷和治療方法，包括個性化材料、細胞和植入物，具有獨特的潛力，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領域先驅者Paul I Terasaki博士捐贈。

審核編輯 ：李倩