可溶解微针在生物医学中的应用研究进展

近年来，微针技术被广泛应用于透皮给药的研究，其具有微创、无痛的优势，给药效果有所改善，且操作方便。随着纳米和电化学技术的发展，不同类型的微针越来越多地应用于其他生物医学领域。近年来的研究进展表明，可溶解微针在皮肤病治疗、疾病诊断和监测、癌症治疗等领域取得了显著的成果，其在各种生物医学领域具有广泛的应用前景，显示出其作为一种临床治疗形式的巨大潜力。

为了总结可溶解微针在生物医学的应用研究进展，西北大学范代娣教授在Polymers期刊上发表了题为“The Progress in the Application of Dissolving Microneedles in Biomedicine”的综述。该综述主要以可溶解微针为研究重点，综述了各生物医学领域的最新研究进展，为后续智能和商业可溶解微针的开发提供灵感，并为临床治疗提供更好的解决方案。 

一般而言，微针可分为实心微针、涂层微针、可溶解微针和空心微针。不同类型的微针可以通过不同的机制递送药物。可溶解微针可以将药物包裹在聚合物基质中，并在插入皮肤后完全溶解。与涂层微针相比，可溶解微针可以完全溶解在皮肤中，因此使用后不会留下具有生物危害性的尖锐物体废物。这些微针通常由安全的、可溶解于水的材料制成，比如可溶解聚合物和糖类。可溶解微针的制造主要使用铸造的模具，以及由在模具中固化的填充聚合物制备而成。目前，羧甲基壳聚糖（CMC）、硫酸软骨素、葡聚糖、环糊精、聚乙烯吡啶酮（PVP）、聚乙烯醇（PVA）、聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）等已经被用作微针制备材料。微针是通过填充模具并将其干燥来获得的，有时需要额外使用真空或离心操作来制备。此外聚合物形成的水凝胶，即聚合水凝胶，如N-乙烯基吡咯烷酮或甲基丙烯酸，以液体单体的形式添加到模具中，并在紫外线辐射下交联，也是可溶解微针的类型。与这些高度溶于水、快速溶解的微针不同，交联微针可以通过皮肤中聚合物的缓慢生物降解来实现药物的缓慢释放。   

图1 微针的分类和可溶解微针的分类和制备     

可溶解微针在癌症治疗方面的应用

癌症作为威胁人类健康的主要疾病之一，其治疗一直是全世界关注的焦点。除了常用的化疗药物，越来越多的治疗方法不断涌现，不断地提高癌症患者的生存率，降低了癌症的复发率。此外，按需给药和光热治疗和光动力治疗药物、基因药物和免疫治疗药物的响应释放也可以通过微针来实现。在过去的十年中，微针已广泛用于透皮递送抗癌药物，显示出提高药物利用率，减少毒副作用，增强肿瘤靶向能力和降低脱靶毒性的优势。   

图2 可溶解微针用于癌症治疗的研究

可溶解微针在伤口愈合方面的应用

皮肤作为人体最大的器官，很容易受到周围环境的破坏。细菌感染、糖尿病伤口、褥疮、烧伤和其他皮肤损伤对人们的生活和健康构成严重的影响。伤口愈合经历了一系列连续阶段：止血、炎症、增生和重塑。每个阶段对伤口的最终愈合都是至关重要的。微针阵列可用于提高药物递送效率，从而提高愈合效果。微针通过绕过各种物理和化学屏障，提高了将药物递送到目标区域的效率。   

图3 可溶解微针用于伤口愈合的研究          

可溶解微针在疾病诊断和监测方面的应用

虽然微针最初是为透皮递送药物和疫苗而设计的，但其微型尺寸的优势使其可以穿透皮肤角质层并进入真皮间质液，而不会触发皮肤深处的痛觉神经元。因此，微针也是一种非常适合以微创方式直接进入真皮间质液的技术。其为透皮诊断和监测提供了一个极好的平台。除了能够穿过角质层外，微针还能够直接接触真皮间质液，这为外部分析或直接测量皮肤内的生理参数提供了取样液体的机会。基于微针的医学传感技术可分为两类。第一种是电化学生物传感器。通常，实心和空心纳米颗粒可以作为电极的修饰材料。另一种是利用高分子纳米粒子或水凝胶纳米粒子直接提取组织间质液。在微针电化学生物传感器中，反映人体状况的目标样品（葡萄糖、乳酸、酒精、尿素、氨基酸和治疗药物等）的浓度通过微针电极转化为电信号。在基于间质液直接提取的微针中，由于皮肤中存在大量间质液，当具有三维交联网络结构的水凝胶微针穿透皮肤时，间质液被吸收形成肿胀状态。通过提取间质液并实时检测，研究人员可以分析这些反映身体生理状况的治疗药物、蛋白质和离子而判断病人的身体状况。   

图4 可溶解微针用于诊断和监测的研究     

可溶解微针在皮肤疾病治疗方面的应用

皮肤病作为一个全球性的公共卫生问题，严重影响着患者的生活质量。皮肤的角质层的存在也严重阻碍了透皮药物的渗透，使它们很难穿过皮肤。微针可增加皮肤通透性，增加局部皮肤中的药物浓度，减少全身毒性。微针已被用于治疗各种常见的皮肤疾病，如痤疮、脱发、特应性皮炎、银屑病和瘢痕等。   

图5 可溶解微针用于皮肤疾病治疗的研究    

综上所述，在自微针作为给药系统使用以来的几十年里，透皮给药领域取得了重大进展。微针可以显著提高药物的皮肤渗透率。本文中提到的微针不仅是一种简单的给药工具。未来，通过微针形态的设计、材料的选择和修饰以及与微针之间的相互作用，将有望提高各种疾病的治疗效率。此外，本文还提到了可溶解微针在众多生物医学领域的应用，希望微针技术能够在其他领域得到更广泛的应用。

审核编辑：刘清