超声波驱动的微针贴片，用于细菌感染痤疮的高效治疗

痤疮是世界上最常见的皮肤病。多达80%的青少年（甚至成年人）会受到痤疮的影响。痤疮因为会留下永久性的疤痕，甚至会影响青少年的心理发展。厌氧菌痤疮丙酸杆菌感染是引起痤疮的主要原因。皮肤脂质分泌过多导致毛孔堵塞，进而引起皮肤微环境缺氧，最终导致皮肤微生物群中痤疮丙酸杆菌增殖并损害正常组织。痤疮丙酸杆菌还刺激皮肤细胞分泌促炎因子。目前，抗生素被主要用于对抗皮肤细菌感染。治疗痤疮最常见的方法是口服抗生素或使用局部抗生素面霜。然而，由于皮肤的屏障作用，大多数药物不能有效透过皮肤来达到治疗效果。此外，由于痤疮发生得如此频繁，经常使用口服抗生素可能会损害正常的肠道微生物，并导致其他副作用。值得注意的是，痤疮可以分泌胞外多糖形成生物膜，使细菌对一般的抗菌剂和宿主的炎症细胞产生耐药性。因此，原位使用有效的抗菌药物是治疗痤疮最有效的方法。

为了避免使用抗生素并有效治疗痤疮部位，香港大学杨伟国、北京大学吴水林等人在Science Advances上发表了题为“Ultrasound-triggered interfacial engineering-based microneedle for bacterial infection acne treatment”的研究成果。该成果报道了一种透明质酸钠微针贴片，可以介导超声响应纳米颗粒的经皮递送，用于有效治疗痤疮。香港大学医学院博士生向一鸣为该文第一作者。

图1 微针贴片治疗示意图

图2  微针贴片和ZnTCPP@ZnO纳米颗粒的表征

该研究合成了ZnTCPP@ZnO的复合结构材料，并将其载入透明质酸钠合成的微针中。复合材料之间的界面效应可以大大提高声催化性能，有效地降低氧活化所需的能量。在超声波下，氧气通过高界面电荷转移获得更多的电子，从基态转变为激发态，从而迅速产生大量的活性氧，在15分钟的超声照射下，活性氧介导的痤疮杆菌杀灭率为99.73%，从而导致痤疮相关因子（包括肿瘤坏死因子-α、白细胞介素和基质金属蛋白酶）水平降低。

图3  ZnTCPP@ZnO的超声催化活性及理论计算

图4 ZnTCPP@ZnO微针的抗菌效果及细胞调控

研究还表明，纳米材料释放的锌离子可上调皮肤成纤维细胞中的金属硫蛋白Mt1和Mt2。Mts可以维持细胞内的锌稳态，它们的上调会加速皮肤修复的各种生化和分子事件。因此，研究人员证明锌离子的存在还会上调成纤维细胞中DNA复制相关基因复制因子C（Rfc3、Rfc4）、DNA连接酶I（Lig1）和Mcm6，这进一步证明了锌离子在促进成纤维细胞增殖和支持痤疮恢复方面的作用。

图5 不同样品中靶基因和qPCR的功能分析

通过皮内注射痤疮杆菌进入Balb/c小鼠的背部，建立小鼠痤疮模型。使用 ZnTCPP@ZnO微针贴片按压在痤疮部位，微针溶于真皮层后，取出贴片，超声照射（G5组，其他组为各种方式的对照）。7天后，痤疮大小测量及HE染色都显示出ZnTCPP@ZnO微针贴片有抗痤疮的能力。

图6 ZnTCPP@ZnO微针贴片抗痤疮能力测定

综上所述，研究人员通过在微针中采用声催化抗菌纳米材料，开发了一种简单有效的治疗细菌感染导致的痤疮的方法。由生物相容性透明质酸钠制成的微针可以轻松地将ZnTCPP@ZnO输送到痤疮病变处。复合结构中ZnTCPP和ZnO之间的界面效应提高了超声波产生的电子转移效率，同时降低了氧气的活化能，因此在超声照射下可以产生大量的ROS，保证了复合材料的声催化抗菌能力。因此，相信超声波驱动的微针贴片的设计不仅可以有效地应用于治疗痤疮感染，而且还可以扩展到其他皮肤伤口感染。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf0854 

审核编辑 ：李倩