一种可将治疗药物注入眼球的新型“自塞式微针”

据麦姆斯咨询报道，近日，来自韩国全南大学、美国寺崎生物医学创新研究所（TIBI）、韩国延世大学等科研机构的科学家们联合开发了一种可将治疗药物注入眼球的新型“自塞式微针”（Self-Plugging microneedle，SPM），有望解决治疗眼部疾病的主要挑战之一——将治疗药物准确递送到眼球所需部位，同时防范注射部位可能出现的并发症。

这项研究工作以“Self-Plugging Microneedle (SPM) for Intravitreal Drug Delivery”为题发表在Advanced Healthcare Materials期刊上，通过展示相关的临床前成果，证明了所开发的创新型可生物降解的微针，其浸涂的治疗药物，可在插入眼球后释放。此外该微针还贴有一种特殊的水凝胶塞，在插入同时可以密封其所形成的针孔。此外，该微针的针头可以制造成不同的长度，因此治疗药物可以精确定位并分散到视网膜组织或眼球内的其他区域。

自塞式微针提供更有针对性的给药方法

TIBI董事、首席执行官兼论文共同作者Ali Khademhosseini博士说：“这种给药治疗方法的新突破可以避免与使用针头治疗严重眼部疾病相关的问题。这是我们研究所开发的众多简单、有效且有影响力的创新技术之一，我们研究所专注于将生物医学工程转化为临床实际应用。”

视网膜给药的挑战和需求

视网膜是构成眼球后部内层的一层薄薄的细胞，其接收光线并将其转换为视觉信号，然后传输到大脑，再由大脑将信号解释为图像，最终形成人类视觉。

视网膜对拥有清晰的视力发挥着重要的作用，而与此同时，视网膜及其关键的中央区域——黄斑，会因年龄、遗传、疾病和其他风险因素而受到不同程度的损害。这种损害会导致从视力扭曲到严重受损直至完全失明的各种症状，并且可能在不同人群中广泛存在。事实上，年龄相关性黄斑变性是60岁以上成年人不可逆视力丧失的主要原因，而糖尿病视网膜病变是美国处于20-74岁工作年龄的成年人失明的主要原因。

某些形式的视网膜病变可以通过使用注射器和皮下注射针头将药物注射到眼球中来治疗。在这个过程中，注射的药物通过眼球内的液体扩散到病患部位。但通常，这种治疗方式需要长期及多次的药物注射，这对于患者来说无疑会造成很大的困难。除此之外，该方式还引入了在拔针部位发生细菌感染的风险。从而可能导致患病眼睛中漂浮的肿瘤细胞通过穿刺孔逃逸并扩散到其他部位。

以往的方法

为了避免这些问题，已有相关研究尝试使用植入式针头进行给药。然而，力学难题以及通过眼球粘性液体的困难阻碍了针头的准确放置，并带来了视网膜损伤的额外风险。其他方法涉及用聚合物塞来封闭皮下针刺留下的针孔，但这需要一个单独的步骤，并有注射后的时间延迟问题。

不同类型的微针，无论是单一形式还是贴片形式，已被证明可有效地将药物递送到眼睛的不同区域，并且能够在最小穿刺尺寸的基础上，实现最佳的靶向给药效果。因此，TIBI所在的联合研究团队，以此技术为基础，通过开发一种新型自塞式微针，构建了对眼球进行注射治疗的先进疗法。

该联合研究团队利用精密制造方法制造了各种长度的可生物降解的尖头超薄微针。这种针头长度的多样性提高了其在眼球中放置位置的可控性，从而可以将药物更准确地递送到病患部位，而微针的细度可以使眼球的切口尺寸达到最小化，此外，微针的尖端可以浸涂有治疗药物，在插入眼球时实现药物释放。

另外，作为一项创新的补充，微针的钝端贴有经过实验优化的水凝胶塞，在注射后会膨胀并密封插入的针孔。

临床前测试

研究人员首先对两种微针涂层进行了显微镜检测和强度测试，接着对其进行了给药和密封效果的验证测试。初步体外试验表明，载药微针可以在24小时内基本达到给药完全。在另一项类似的试验中，研究人员将载有染料的自塞式微针插入装有猪眼球液的小瓶，结果发现染料可以在注射到眼球的合适距离内释放。

测量培养的猪眼球内部压力的离体实验表明，在应用自塞式微针后，压力几乎没有变化，这与应用非自塞微针时获得的压降不同。此外，在自塞式微针的作用部位对组织的检查证实了其可以牢固附着于作用部位。

在后续的体外实验中，研究人员用染料追踪方法测试了自塞式微针在培养的兔和猪眼球的释放特性。眼球组织切片显示，插入部位的染料分布距离与针头长度成正比，证明了自塞式微针的空间可控给药能力。

最后，研究人员利用猪动物模型进行了体内试验，将载有染料的自塞式微针应用到猪的眼睛7天后，观察猪的角膜发现自塞式微针仍然牢固地植入在眼球并且没有出现变形。使用手术海绵进行的泄漏测试表明没有眼球液泄漏。

此外，猪眼球组织切片染色结果显示，染料可以完全分散，并深入渗透到视网膜组织中。值得注意的是，应用部位没有炎症或组织破坏的迹象。

这项工作得到了韩国国家研究基金会（NRF）、韩国政府基金（MSIT）（2021R1F1A105502211）以及国家研究基金会（教育部）基础科学研究计划（NRF-2017R1A6A3A04004741）的资助。

关于寺崎生物医学创新研究所

寺崎生物医学创新研究所（TIBI）是一家非营利性研究机构，致力于发明和促进恢复或增强个人健康的实用解决方案。TIBI的研究利用科学进步来了解每个人的独特之处，从人体组织的宏观尺度到基因的微观尺度，为当今社会一些最紧迫的医学问题创造技术解决方案。该研究所使用创新的技术平台，通过结合先进的计算和组织工程方法，在个体患者的水平上研究人类疾病。该研究团队将这些研究的结果转化为量身定制的诊断和治疗方法，包括个性化材料、细胞和植入物，具有独特的潜力，并广泛适用于各种疾病、紊乱和损伤。

该研究所由已故的器官移植技术领域先驱者Paul I Terasaki博士捐赠。

 

审核编辑 ：李倩