一種可穿戴式離子電滲驅(qū)動的微針貼片設(shè)計

新冠病毒肺炎（COVID-19）嚴(yán)重威脅公眾健康，透皮疫苗（transdermal vaccination）是預(yù)防病原體感染的有效手段。微針（Microneedles）可破壞角質(zhì)層，使疫苗大分子被動擴(kuò)散，但遞送效率低，而離子電滲雖然可以主動促進(jìn)透皮給藥，但由于角質(zhì)層的屏障，無法遞送疫苗大分子。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，中山大學(xué)深圳校區(qū)的研究人員開發(fā)了一種可穿戴式離子電滲驅(qū)動的微針貼片及一種離子電滲驅(qū)動裝置，用于主動、高效的疫苗大分子透皮給藥。研究人員制備了具有良好生物相容性、優(yōu)異導(dǎo)電性、高彈性和大負(fù)載能力的聚丙烯酰胺/殼聚糖水凝膠，其是疫苗儲存和主動離子導(dǎo)入的關(guān)鍵組分。

這種離子電滲驅(qū)動的微針貼片的透皮疫苗給藥策略為：“按壓、穿刺、離子電滲驅(qū)動給藥、然后免疫反應(yīng)”。研究人員證明了微針穿刺和離子電滲的協(xié)同作用顯著提高了疫苗的透皮給藥效率。體外實驗表明，離子電滲驅(qū)動的微針貼片透皮遞送的卵清蛋白量可以通過離子電滲電流來控制。

對BALB/c小鼠的體內(nèi)免疫研究表明，離子電滲驅(qū)動的微針貼片透皮接種卵清蛋白可誘導(dǎo)有效的免疫反應(yīng)，甚至比傳統(tǒng)的肌肉注射更有效。此外，對于離子電滲驅(qū)動的微針貼片的生物安全性幾乎沒有什么擔(dān)憂。這種給藥系統(tǒng)成本低，用戶友好，并具有主動給藥能力，顯示出在家自行接種疫苗的巨大潛力。

該離子電滲驅(qū)動的微針貼片主要由柔性聚酰亞胺（PI）上的Ag/AgCl電極、實心微針、水凝膠塊和雙面粘合防滲墊圈組成。在離子電滲驅(qū)動的微針貼片中，疫苗被裝載在圓形水凝膠中，皮膚被微針擠壓、刺破，以產(chǎn)生微通道，疫苗通過主動離子電滲和被動擴(kuò)散從水凝膠中通過微通道遞送。該穿戴式離子電滲驅(qū)動裝置可以為主動離子電滲驅(qū)動的疫苗給藥供電并輸出恒定電流。

穿戴式離子電滲驅(qū)動的微針給藥系統(tǒng)示意圖

由于實心不銹鋼微針的機(jī)械強(qiáng)度較高，微針貼片的斷裂力遠(yuǎn)大于皮膚穿透力（0.08 N/針），表明這些微針貼片可以穿透皮膚而不彎曲。因此，微針貼片可以容易地穿透皮膚，產(chǎn)生微通道，并從皮膚縮回而沒有任何損傷，避免了皮膚中的微針破損、異物感和發(fā)炎的可能性。此外，聚丙烯酰胺（PAM）/殼聚糖水凝膠具有良好的生物相容性、優(yōu)異的導(dǎo)電性、高彈性和大負(fù)載能力。

離子電滲驅(qū)動的微針貼片的基本性能

由微針產(chǎn)生的微通道為離子電滲提供了透皮給藥途徑，微針和離子電滲可以協(xié)同進(jìn)一步提高透皮滲透。離子電滲電流與滲透量呈線性關(guān)系，說明疫苗通過皮膚的滲透量可由離子電滲電流控制。研究人員還比較了計算的和體外實驗的滲透的卵清蛋白（OVA）累積量，微針/ITP（皮膚滲透和離子電滲結(jié)合）組的結(jié)果顯示出非常相似的趨勢，進(jìn)一步證明離子電滲驅(qū)動的微針貼片的疫苗遞送可以通過離子電滲電流控制。

離子電滲驅(qū)動的微針貼片的體外和模擬計算的透皮OVA給藥性能

使用微針和離子電滲進(jìn)行皮膚滲透可能會導(dǎo)致一些皮膚損傷和刺激，因此評估了離子電滲驅(qū)動微針貼片治療后皮膚的恢復(fù)能力。實驗結(jié)果表明，微針穿刺結(jié)合離子電滲治療是相對安全的，透皮疫苗給藥對內(nèi)臟組織沒有引起明顯的病理變化和毒性。因此，離子電滲驅(qū)動的微針貼片為疫苗透皮給藥提供了一個安全的平臺。

離子電滲驅(qū)動的微針貼片及離子電滲驅(qū)動裝置的體內(nèi)免疫研究

總而言之，研究人員開發(fā)了一種離子電滲驅(qū)動的微針貼片和一種便攜式離子電滲驅(qū)動裝置，用于高效、可控的透皮免疫。離子電滲驅(qū)動的微針貼片可以很好地融合微針和離子電滲技術(shù)，透皮疫苗給藥策略為“按戳、離子電滲驅(qū)動的給藥、免疫反應(yīng)”。

研究人員制備了具有良好生物相容性、優(yōu)異導(dǎo)電性、高彈性和大負(fù)載能力的水凝膠塊，作為微針貼片用于疫苗儲存和主動離子電滲的關(guān)鍵組分。體外實驗表明，離子電滲驅(qū)動的微針貼片可以通過調(diào)節(jié)離子電滲電流來控制OVA透皮給藥過程。

此外，體外和體內(nèi)實驗均表明，微針與離子電滲的協(xié)同透皮效應(yīng)可以提高疫苗大分子的透皮給藥效率。溫和的離子電滲電流作用于離子電滲驅(qū)動的微針貼片幾乎沒有引起安全問題。綜上所述，將微針與離子電滲相結(jié)合的穿戴式離子電滲驅(qū)動的微針系統(tǒng)為以無痛和主動控制的方式實現(xiàn)透皮免疫提供了一種有前途的策略。

審核編輯：劉清