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蛋白基水凝膠微針,嬰幼兒血管瘤治療新突破

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嬰幼兒血管瘤(IH)是嬰幼兒最常見的血管腫瘤,頭部、面部等關鍵部位的病灶易引發(fā)潰瘍、瘢痕及功能障礙,需早期干預。目前臨床常用的局部噻嗎洛爾(TIM)治療存在透皮效率低(僅 10-20% 藥物穿透皮膚)、用藥頻率高(每日 3 次)、療效不穩(wěn)定等問題。傳統(tǒng)透皮貼劑、乳膏等因皮膚屏障限制,難以維持有效藥物濃度,而口服普萘洛爾雖有效但存在全身毒性風險(如腎損傷、中樞神經系統(tǒng)副作用)。因此,開發(fā)高效、低毒的局部給藥系統(tǒng)是 IH 治療的關鍵突破方向。

01

創(chuàng)新技術:蛋白基水凝膠微針的雙重優(yōu)勢

溫州醫(yī)科大學南開輝/李玲琍教授、國科溫州研究院王磊副研究員、溫醫(yī)附二院林孝坤聯(lián)合團隊,在《Materials Today Bio》發(fā)表題為 “Transdermal delivery of timolol maleate using hydrogel microneedles for the treatment of infantile haemangiomas” 的研究,開發(fā)了牛血清白蛋白甲基丙烯酸酯(BSAMA)水凝膠微針系統(tǒng)(BSAMA-TIM-MNs),結合微針的透皮優(yōu)勢與水凝膠的緩釋特性,為 IH 治療提供了新策略。


研究采用牛血清白蛋白甲基丙烯酸酯( BSAMA)作為載藥針尖材料,通過光固化反應形成具有生物相容性的水凝膠結構,其分子骨架保留天然蛋白特性,代謝產物為天然氨基酸,且無明顯細胞毒性。該微針系統(tǒng)的陽模是由摩方精密面投影微立體光刻(PμSL)技術(nanoArch?S130,精度:2 μm)制備而成。其針尖設計為金字塔形,尖端直徑10 μm、高度 600 μm,通過高精度 PDMS 模具結合真空抽濾與紫外固化工藝成型,確保針尖銳利且結構均勻。基底材料選用聚乙烯醇(PVA),經干熱退火處理增強物理交聯(lián),賦予微針貼片柔韌性,可適配皮膚曲面。制備流程中,先將 BSAMA 與噻嗎洛爾(TIM)混合液注入負型模具,紫外固化形成載藥針尖,再覆蓋 PVA 溶液干燥成型,最終得到 15×15 陣列的微針貼片(圖1)。


圖 1 . BSAMA-TIM-MNs 的 制備 與 表征 。

通過 Franz 擴散池模擬皮膚滲透,BSAMA-TIM-MNs 在 72 小時內累計釋放 69% 藥物,釋放模式呈現(xiàn) “慢 - 快 - 慢” 特征,初期依賴水凝膠溶脹擴散,后期通過 BSAMA 降解持續(xù)釋藥,確保病灶部位藥物濃度穩(wěn)定。力學測試顯示,微針尖端可穿透裸鼠皮膚形成規(guī)則微通道,H&E 染色證實穿刺深度約 200-300 μm,且表皮無明顯炎癥反應或組織損傷。體外細胞毒性實驗中,BSAMA 提取物與 L929 細胞共培養(yǎng) 5 天,細胞存活率始終>95%,活 / 死染色顯示細胞形態(tài)正常,證實材料生物相容性優(yōu)異。此外,藥物穩(wěn)定性實驗表明,微針在 - 20℃、4℃、25℃儲存 30 天后,TIM 保留率均超 95%,滿足臨床儲運需求(圖2)。


圖2. BSAMA-TIM-MNs的釋藥性能測試。

為評估微針治療效果,研究通過 在 4-5 周齡裸鼠背部 皮下注射人源血管瘤內皮細胞( HemECs)與臍靜脈內皮細胞(HUVECs)混合懸液,構建 IH 模型。注射后 3 天可見 荷瘤 形成,15 天時平均體積達 61.29±23.84 mm3,免疫熒光染色顯示病灶中 CD31(血管內皮標志物)與 GLUT-1(血管瘤特異性標志物)表達陽性,證實 造模成功 。實驗將裸鼠隨機分為對照組、傳統(tǒng) TIM 外用組、空白微針組(BSAMA-MNs) 與載藥微針組(BSAMA-TIM-MNs),其中載藥組每 3 天更換微針貼片,其余組按臨床常規(guī)頻率給藥,為后續(xù)體內療效評估提供標準化模型基礎 ( 圖 3 ) 。


圖3. 裸鼠背部皮下注射細胞混合懸液建立IH模型。

體內實驗顯示,BSAMA-TIM-MNs 治療 2 周后,裸鼠 IH 體積較對照組減少約 9 0 % ,顯著優(yōu)于傳統(tǒng)TIM 外用組(體積減少約 4 5 % )。腫瘤組織H&E 染色表明,載藥微針組血管密度明顯降低,大量脂肪細胞替代異常增生的血管組織,而傳統(tǒng) TIM 組仍可見密集微血管。免疫熒光與 Western blot 結果顯示,載藥微針組 GLUT-1 表達水平較對照組下調 40%,提示其可有效抑制腫瘤代謝活性 ( 圖 4 ) 。


圖4. 異種血管瘤移植的體內抗腫瘤作用。

安全性方面,治療期間各組裸鼠體重無顯著差異,心、肝、腎等臟器H&E 染色未見結構異常,血液生化指標(AST、UA)均在正常范圍,證實微針系統(tǒng)無全身毒性。此外,微針穿刺部位皮膚無潰瘍或出血,進一步驗證了其在嬰幼兒敏感皮膚應用的安全性與可行性 ( 圖 5 ) 。


圖5. 異種血管瘤小鼠體內毒性分析。

02

學術價值:從機制到臨床的轉化潛力

該研究首次將蛋白基水凝膠微針應用于IH 治療,解決了傳統(tǒng)療法的三大瓶頸:

  • 透皮效率低:微針突破角質層屏障,藥物皮膚沉積量提升 3 倍;

  • 用藥頻率高:貼片每 3 天更換一次,較每日 3 次用藥顯著提升依從性;

  • 全身毒性風險:局部緩釋避免口服藥物的系統(tǒng)性暴露。

03

未來展望

團隊計劃開展臨床前藥代動力學研究,優(yōu)化微針尺寸與藥物負載量,并探索聯(lián)合激光治療等多模態(tài)策略,以提升復雜病灶的療效。該技術為透皮給藥領域提供了可推廣的材料設計思路,有望推動“精準局部治療” 在兒科的應用。

https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101752

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