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2022/6/27 Weekly Seminar
发布时间:2022-06-27

Weekly Seminar

 

题目:光热响应微球触发可分离微针用于多用途药物递送

期刊:《Advanced Functional Materials

IF18.808

原文链接https://doi.org/10.1002/adfm.202110746

汇报人:卓俊辰  2021级硕士



可分离的微针(MN贴片侵袭性小、携带方便、分离迅速且能实现长期给药,成为了一种有前途的透皮给药方法。

本文提出了一种将光热响应相变微球MPs集成到锥形水凝胶锰纳米管中,设计可控可分离微针贴片的新策略。结果证明近红外照射时,复合MN片所含的BP/GT MPs能将光转化为热,导致自身局部温度升,变为液态,在MN中形成空腔,使衬板和针在剪切力作用下方便分离。随后,嵌入的针头可以持续释放两种药物,以改善系统性红斑狼疮治疗的疾病进展表明了可控可分离MN贴片在多用途给药和临床应用方面的实用价值。


微针(MN贴片以其无痛透皮、克服角质层屏障、创建微尺寸通道以增强药物给药的能力而闻名是多种药物的独特载体。然而,现有的MN贴片具有容易脱落药物处理期短的局限性。为了解决这些问题,提出了尖端可以从衬底层脱落并沉积到皮肤中的,方便、易操作可分离MN贴片。

黑鳞(BP)是一种具有良好的近红外吸收能力、光热转换效率、良好的生物相容性和低毒性的二维纳米材料,在生物医学领域有巨大的应用潜力。明胶(GT)是一类由胶原蛋白衍生而来的天然生物可降解材料,对外界温度有快速可逆的相变特性与BP耦合,可以通过近红外智能调控复合材料的相态。将这种BP/GT MP系统引入可分离MN 贴片的研究价值还没有被探索。


 


1.微针贴片的制作及应用原理如下:


图1. 微针贴片的制作及应用原理;其中BP:黑鳞;IFN-γ:干扰素γ;HAMA:丙烯酸甲酯透明质酸;DXMS:地塞米松;PEGDA:聚乙二醇丙烯酸;GT:明胶   

 

2. 微球制作和表征


图2. a)不同流量下微流控装置中产生液滴的图像;b, c)BP/GTMPs的光学显微镜和扫描电镜图像;d) BP/GTMPs的统计大小分布;e,f)BP/GTMPs的直径与外部流量e)和内部流量f)的关系 


上述结果表明,这些MPs具有良好的球度、均匀性和较高的单分散性。随着内相流量的增大或外相流量的减小,生成的MPs直径增大;GT浓度也会影响MPs的整体尺寸,即内部流体粘度越大,液滴体积越大。


3. 微针制作和表征

图3. a)MPs-MNs的制造工艺示意图;b-d)MPs-MNs的数码照片和光学显微镜图像;e) 装载不同尺寸的BP/GTMPs的MNs的光学显微镜图像;f)MPs-MNs的SEM图像; g)针头的均匀性统计数据 


上述结果表明,MNs的制作过程为:将HAMA溶液加入PDMS负模中,离心填充锥形腔然后将BP/GT MPs塞入这些腔内,再用聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)溶液覆盖作为支撑背。最后通过UV固化脱模得到贴片MPs MN贴片的整体形态由1010mn阵列和13.5 13.5 mm2透明贴片组成每根针呈圆锥形,基径330米,长760米此外,MPs被成功加载到MNs中并且在轴向的锥形尖端中心;由于MPs的体积越大,力学稳定性越差,抗压强度越低选用直径为280 m的BP/GT MPs制备MPs MN。此外,微针形貌完整,长度分布均匀。 


4. 微针分离能力评估

图4. a-c) MPs MNs的光学显微镜图像;d)插入前和e)插入后猪皮上的MPs MNs;f) MN贴片的穿透和剥离效率。g,h)在压缩力(g)和剪切力(h)作用下MN块体的力学性能


由上述结果可知,行近红外照射后,MPs的相由固体变为液体,贴片中出现空腔,针和底板可以通过轻微的剪切力迅速分离。近红外照射后,通过轻微的剪切力就可以方便地去除贴片背衬,针头仍然嵌入皮肤中。


5. 微针的载药和释放能力

图5. a-c) MPs纳米微针的光学和荧光显微图像;d)共聚焦层扫描照片;e)针中罗丹明B的累积释放量;f) BP/GT MPs的FITC-BSA累积释放


荧光结果表明,两种药物分别装载良好均均匀分布于MPs MN中,进而避免意外的突然释放累积释放量定量测试证明了药物的有效释放。


6. 体内治疗效果评价

图6. a)应用可分离MPs MN贴片后小鼠背侧皮肤照片;b)应用MPs MN贴片的小鼠背侧皮肤热图像;c)各组小鼠处死时脾脏重量;d-f)小鼠血液中抗ds-DNA抗体、IL-6和肌酐水平;g) H&E切片及肾小球C3、IgG荧光免疫分析代表性图像


结果显示,当将MPs MN贴片涂在小鼠背侧皮肤上时,MNs通过近红外触发刺穿皮肤并从背侧贴片断裂,且背板材料不影响BP/GT MPs的近红外吸收;MN - MPs材料对细胞生长几乎没有负面影响,具有良好的细胞相容性和低的细胞毒性。可分离MPs - MN系统可以成功地传递两种药物,并对SLE小鼠有显著的治疗作用。


本研究提出了一种将NIR响应式相变BP/GT MPs集成到锥形水凝胶MN中,设计可控可分离MN贴片的新策略。这种可控制可分离的MPs MN贴片可以有效地传递两种药物用于SLE治疗,改善肾脏病理,改善疾病进展,具有多用途药物传递和相关临床应用的良好前景。