聚合物微針微結(jié)構(gòu)對瘢痕治療效果影響的規(guī)律性

增生性瘢痕（HS）是一種病理性瘢痕，表現(xiàn)為異常僵硬、腫脹、抗拉強度降低和色素沉著，可引發(fā)瘢痕患者機體功能障礙、情緒焦慮、抑郁等癥狀。因此，增生性瘢痕的防治一直是創(chuàng)傷后面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

聚合物微針（MNs）已成為一種的非常有效的透皮物質(zhì)交換介質(zhì)，能夠以最小的侵入性方式幫助如腫瘤、糖尿病、細(xì)菌生物被膜、真菌感染和疤痕等疾病治療中提供各種藥物的透皮傳遞。微針可穿透表皮層角質(zhì)層，在組織中形成微孔陣列，往往會改變疤痕組織的生物力學(xué)環(huán)境和超微結(jié)構(gòu)，從而給增生性瘢痕的臨床管理提供了新的方便、耐受性好和可用性強的治療策略。

近日，陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院燒傷科羅高興教授及譚江琳教授團(tuán)隊的張慶博士聯(lián)合加拿大曼尼托巴大學(xué)Malcolm Xing院士在ACS Nano在線發(fā)表了最新研究成果，該研究提出了微針介導(dǎo)的物理干預(yù)調(diào)節(jié)局部機械應(yīng)力以改善瘢痕病理特征的增生性瘢痕機械治療新策略。

研究人員首先以陣列密度和三維尺度為變量因素，探究了聚合物微針微結(jié)構(gòu)對瘢痕治療效果影響的規(guī)律性，以此來提升治療效率，并借助高精度3D打印平臺（nanoArch S140，摩方精密）制造了不同陣列密度和針體深度的微針陣列三維模型，最終以絲素蛋白為基礎(chǔ)材料通過兩步倒模法制造出對應(yīng)規(guī)格的微針貼片。

圖1高精密3D打印微針陽模與PDMS翻模流程

為了改善增生性瘢痕外觀和組織力學(xué)性能，研究團(tuán)隊調(diào)整了微針的縱深尺寸和陣列密度，從而減少了成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的收縮和機械應(yīng)力，減弱整合素-fak通路中機械力信號的傳導(dǎo)，下調(diào)TGF-β1、α-SMA、I型膠原和纖維連接蛋白的表達(dá)，進(jìn)而產(chǎn)生一個低壓力的微環(huán)境，有助于顯著減少疤痕的形成。這種物理作用與微針的長度和陣列密度密切相關(guān)，表現(xiàn)為：微針尺寸太短（≤500μm）無法實現(xiàn)有效的組織穿透，隨著針長增加，穿透力提高，但刺入深度太深（≥150μm）存在出血、炎癥反應(yīng)等不良反應(yīng)，有加劇瘢痕增生的風(fēng)險。

圖2 微針通過干擾機械力傳導(dǎo)下調(diào)瘢痕形成的尺寸效應(yīng)

在陣列密度效應(yīng)方面，研究結(jié)果顯示，結(jié)合有限元分析模型進(jìn)一步預(yù)測，隨著陣列密度的增加，有利于機械微環(huán)境重構(gòu)，微針的治療效果顯著增加，但過高的陣列密度（≥20 × 20/cm2）導(dǎo)致的空間壓縮，膠原基質(zhì)受到明顯擠壓，反而不利于機械微環(huán)境重構(gòu)。因此，研究團(tuán)隊提出，基于不同瘢痕中的組織厚度分布范圍，優(yōu)先選擇組織厚度中位值作為微針尺寸設(shè)計的參考值；而微針陣列密度為15 × 15/cm2時更為合適。這一研究結(jié)果與當(dāng)前其他報道的微針介導(dǎo)的增生性瘢痕治療策略（主要是透皮給藥）顯著不同。

圖3 微針通過干擾機械力傳導(dǎo)下調(diào)瘢痕形成的陣列密度效應(yīng)

此外，研究團(tuán)隊還指出，與臨床上常用的商用張力減壓帶通過減少線性切口周圍的張力來防止疤痕形成相比，微針誘導(dǎo)的物理干預(yù)傾向于減少瘢痕組織中細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的機械通信（mechanical communication），從而重構(gòu)一個有利于瘢痕逆轉(zhuǎn)的低應(yīng)力微環(huán)境。因此，微針貼片除適用于線性手術(shù)瘢痕外，對寬片狀瘢痕的適應(yīng)性也優(yōu)于商用張力減壓帶。由此可以看出，作為一種微創(chuàng)無痛的選擇，這種微針介導(dǎo)的機械治療策略有很大的潛力為患者提供一種具有成本效益和方便的增生性瘢痕管理。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11016

審核編輯 ：李倩