近年來(lái),微針技術(shù)被廣泛應(yīng)用于透皮給藥的研究,其具有微創(chuàng)、無(wú)痛的優(yōu)勢(shì),給藥效果有所改善,且操作方便。隨著納米和電化學(xué)技術(shù)的發(fā)展,不同類型的微針越來(lái)越多地應(yīng)用于其他生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。近年來(lái)的研究進(jìn)展表明,可溶解微針在皮膚病治療、疾病診斷和監(jiān)測(cè)、癌癥治療等領(lǐng)域取得了顯著的成果,其在各種生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,顯示出其作為一種臨床治療形式的巨大潛力。
為了總結(jié)可溶解微針在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用研究進(jìn)展,西北大學(xué)范代娣教授在Polymers期刊上發(fā)表了題為“The Progress in the Application of Dissolving Microneedles in Biomedicine”的綜述。該綜述主要以可溶解微針為研究重點(diǎn),綜述了各生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,為后續(xù)智能和商業(yè)可溶解微針的開(kāi)發(fā)提供靈感,并為臨床治療提供更好的解決方案。
一般而言,微針可分為實(shí)心微針、涂層微針、可溶解微針和空心微針。不同類型的微針可以通過(guò)不同的機(jī)制遞送藥物。可溶解微針可以將藥物包裹在聚合物基質(zhì)中,并在插入皮膚后完全溶解。與涂層微針相比,可溶解微針可以完全溶解在皮膚中,因此使用后不會(huì)留下具有生物危害性的尖銳物體廢物。這些微針通常由安全的、可溶解于水的材料制成,比如可溶解聚合物和糖類。可溶解微針的制造主要使用鑄造的模具,以及由在模具中固化的填充聚合物制備而成。目前,羧甲基殼聚糖(CMC)、硫酸軟骨素、葡聚糖、環(huán)糊精、聚乙烯吡啶酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)等已經(jīng)被用作微針制備材料。微針是通過(guò)填充模具并將其干燥來(lái)獲得的,有時(shí)需要額外使用真空或離心操作來(lái)制備。此外聚合物形成的水凝膠,即聚合水凝膠,如N-乙烯基吡咯烷酮或甲基丙烯酸,以液體單體的形式添加到模具中,并在紫外線輻射下交聯(lián),也是可溶解微針的類型。與這些高度溶于水、快速溶解的微針不同,交聯(lián)微針可以通過(guò)皮膚中聚合物的緩慢生物降解來(lái)實(shí)現(xiàn)藥物的緩慢釋放。
圖1 微針的分類和可溶解微針的分類和制備
可溶解微針在癌癥治療方面的應(yīng)用
癌癥作為威脅人類健康的主要疾病之一,其治療一直是全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。除了常用的化療藥物,越來(lái)越多的治療方法不斷涌現(xiàn),不斷地提高癌癥患者的生存率,降低了癌癥的復(fù)發(fā)率。此外,按需給藥和光熱治療和光動(dòng)力治療藥物、基因藥物和免疫治療藥物的響應(yīng)釋放也可以通過(guò)微針來(lái)實(shí)現(xiàn)。在過(guò)去的十年中,微針已廣泛用于透皮遞送抗癌藥物,顯示出提高藥物利用率,減少毒副作用,增強(qiáng)腫瘤靶向能力和降低脫靶毒性的優(yōu)勢(shì)。
圖2可溶解微針用于癌癥治療的研究
可溶解微針在傷口愈合方面的應(yīng)用
皮膚作為人體最大的器官,很容易受到周圍環(huán)境的破壞。細(xì)菌感染、糖尿病傷口、褥瘡、燒傷和其他皮膚損傷對(duì)人們的生活和健康構(gòu)成嚴(yán)重的影響。傷口愈合經(jīng)歷了一系列連續(xù)階段:止血、炎癥、增生和重塑。每個(gè)階段對(duì)傷口的最終愈合都是至關(guān)重要的。微針陣列可用于提高藥物遞送效率,從而提高愈合效果。微針通過(guò)繞過(guò)各種物理和化學(xué)屏障,提高了將藥物遞送到目標(biāo)區(qū)域的效率。
圖3可溶解微針用于傷口愈合的研究
可溶解微針在疾病診斷和監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用
雖然微針最初是為透皮遞送藥物和疫苗而設(shè)計(jì)的,但其微型尺寸的優(yōu)勢(shì)使其可以穿透皮膚角質(zhì)層并進(jìn)入真皮間質(zhì)液,而不會(huì)觸發(fā)皮膚深處的痛覺(jué)神經(jīng)元。因此,微針也是一種非常適合以微創(chuàng)方式直接進(jìn)入真皮間質(zhì)液的技術(shù)。其為透皮診斷和監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)極好的平臺(tái)。除了能夠穿過(guò)角質(zhì)層外,微針還能夠直接接觸真皮間質(zhì)液,這為外部分析或直接測(cè)量皮膚內(nèi)的生理參數(shù)提供了取樣液體的機(jī)會(huì)。基于微針的醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)可分為兩類。第一種是電化學(xué)生物傳感器。通常,實(shí)心和空心納米顆粒可以作為電極的修飾材料。另一種是利用高分子納米粒子或水凝膠納米粒子直接提取組織間質(zhì)液。在微針電化學(xué)生物傳感器中,反映人體狀況的目標(biāo)樣品(葡萄糖、乳酸、酒精、尿素、氨基酸和治療藥物等)的濃度通過(guò)微針電極轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。在基于間質(zhì)液直接提取的微針中,由于皮膚中存在大量間質(zhì)液,當(dāng)具有三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠微針穿透皮膚時(shí),間質(zhì)液被吸收形成腫脹狀態(tài)。通過(guò)提取間質(zhì)液并實(shí)時(shí)檢測(cè),研究人員可以分析這些反映身體生理狀況的治療藥物、蛋白質(zhì)和離子而判斷病人的身體狀況。
圖4可溶解微針用于診斷和監(jiān)測(cè)的研究
可溶解微針在皮膚疾病治療方面的應(yīng)用
皮膚病作為一個(gè)全球性的公共衛(wèi)生問(wèn)題,嚴(yán)重影響著患者的生活質(zhì)量。皮膚的角質(zhì)層的存在也嚴(yán)重阻礙了透皮藥物的滲透,使它們很難穿過(guò)皮膚。微針可增加皮膚通透性,增加局部皮膚中的藥物濃度,減少全身毒性。微針已被用于治療各種常見(jiàn)的皮膚疾病,如痤瘡、脫發(fā)、特應(yīng)性皮炎、銀屑病和瘢痕等。
圖5可溶解微針用于皮膚疾病治療的研究
綜上所述,在自微針作為給藥系統(tǒng)使用以來(lái)的幾十年里,透皮給藥領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。微針可以顯著提高藥物的皮膚滲透率。本文中提到的微針不僅是一種簡(jiǎn)單的給藥工具。未來(lái),通過(guò)微針形態(tài)的設(shè)計(jì)、材料的選擇和修飾以及與微針之間的相互作用,將有望提高各種疾病的治療效率。此外,本文還提到了可溶解微針在眾多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,希望微針技術(shù)能夠在其他領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。
審核編輯:劉清
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