一種可將治療藥物注入眼球的新型“自塞式微針”

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，來自韓國全南大學(xué)、美國寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所（TIBI）、韓國延世大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們聯(lián)合開發(fā)了一種可將治療藥物注入眼球的新型“自塞式微針”（Self-Plugging microneedle，SPM），有望解決治療眼部疾病的主要挑戰(zhàn)之一——將治療藥物準(zhǔn)確遞送到眼球所需部位，同時(shí)防范注射部位可能出現(xiàn)的并發(fā)癥。

這項(xiàng)研究工作以“Self-Plugging Microneedle (SPM) for Intravitreal Drug Delivery”為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials期刊上，通過展示相關(guān)的臨床前成果，證明了所開發(fā)的創(chuàng)新型可生物降解的微針，其浸涂的治療藥物，可在插入眼球后釋放。此外該微針還貼有一種特殊的水凝膠塞，在插入同時(shí)可以密封其所形成的針孔。此外，該微針的針頭可以制造成不同的長度，因此治療藥物可以精確定位并分散到視網(wǎng)膜組織或眼球內(nèi)的其他區(qū)域。

自塞式微針提供更有針對性的給藥方法

TIBI董事、首席執(zhí)行官兼論文共同作者Ali Khademhosseini博士說：“這種給藥治療方法的新突破可以避免與使用針頭治療嚴(yán)重眼部疾病相關(guān)的問題。這是我們研究所開發(fā)的眾多簡單、有效且有影響力的創(chuàng)新技術(shù)之一，我們研究所專注于將生物醫(yī)學(xué)工程轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)際應(yīng)用?！?br />
視網(wǎng)膜給藥的挑戰(zhàn)和需求

視網(wǎng)膜是構(gòu)成眼球后部內(nèi)層的一層薄薄的細(xì)胞，其接收光線并將其轉(zhuǎn)換為視覺信號，然后傳輸?shù)酱竽X，再由大腦將信號解釋為圖像，最終形成人類視覺。

視網(wǎng)膜對擁有清晰的視力發(fā)揮著重要的作用，而與此同時(shí)，視網(wǎng)膜及其關(guān)鍵的中央?yún)^(qū)域——黃斑，會(huì)因年齡、遺傳、疾病和其他風(fēng)險(xiǎn)因素而受到不同程度的損害。這種損害會(huì)導(dǎo)致從視力扭曲到嚴(yán)重受損直至完全失明的各種癥狀，并且可能在不同人群中廣泛存在。事實(shí)上，年齡相關(guān)性黃斑變性是60歲以上成年人不可逆視力喪失的主要原因，而糖尿病視網(wǎng)膜病變是美國處于20-74歲工作年齡的成年人失明的主要原因。

某些形式的視網(wǎng)膜病變可以通過使用注射器和皮下注射針頭將藥物注射到眼球中來治療。在這個(gè)過程中，注射的藥物通過眼球內(nèi)的液體擴(kuò)散到病患部位。但通常，這種治療方式需要長期及多次的藥物注射，這對于患者來說無疑會(huì)造成很大的困難。除此之外，該方式還引入了在拔針部位發(fā)生細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)。從而可能導(dǎo)致患病眼睛中漂浮的腫瘤細(xì)胞通過穿刺孔逃逸并擴(kuò)散到其他部位。

以往的方法

為了避免這些問題，已有相關(guān)研究嘗試使用植入式針頭進(jìn)行給藥。然而，力學(xué)難題以及通過眼球粘性液體的困難阻礙了針頭的準(zhǔn)確放置，并帶來了視網(wǎng)膜損傷的額外風(fēng)險(xiǎn)。其他方法涉及用聚合物塞來封閉皮下針刺留下的針孔，但這需要一個(gè)單獨(dú)的步驟，并有注射后的時(shí)間延遲問題。

不同類型的微針，無論是單一形式還是貼片形式，已被證明可有效地將藥物遞送到眼睛的不同區(qū)域，并且能夠在最小穿刺尺寸的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最佳的靶向給藥效果。因此，TIBI所在的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，以此技術(shù)為基礎(chǔ)，通過開發(fā)一種新型自塞式微針，構(gòu)建了對眼球進(jìn)行注射治療的先進(jìn)療法。

該聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)利用精密制造方法制造了各種長度的可生物降解的尖頭超薄微針。這種針頭長度的多樣性提高了其在眼球中放置位置的可控性，從而可以將藥物更準(zhǔn)確地遞送到病患部位，而微針的細(xì)度可以使眼球的切口尺寸達(dá)到最小化，此外，微針的尖端可以浸涂有治療藥物，在插入眼球時(shí)實(shí)現(xiàn)藥物釋放。

另外，作為一項(xiàng)創(chuàng)新的補(bǔ)充，微針的鈍端貼有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的水凝膠塞，在注射后會(huì)膨脹并密封插入的針孔。

臨床前測試

研究人員首先對兩種微針涂層進(jìn)行了顯微鏡檢測和強(qiáng)度測試，接著對其進(jìn)行了給藥和密封效果的驗(yàn)證測試。初步體外試驗(yàn)表明，載藥微針可以在24小時(shí)內(nèi)基本達(dá)到給藥完全。在另一項(xiàng)類似的試驗(yàn)中，研究人員將載有染料的自塞式微針插入裝有豬眼球液的小瓶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)染料可以在注射到眼球的合適距離內(nèi)釋放。

測量培養(yǎng)的豬眼球內(nèi)部壓力的離體實(shí)驗(yàn)表明，在應(yīng)用自塞式微針后，壓力幾乎沒有變化，這與應(yīng)用非自塞微針時(shí)獲得的壓降不同。此外，在自塞式微針的作用部位對組織的檢查證實(shí)了其可以牢固附著于作用部位。

在后續(xù)的體外實(shí)驗(yàn)中，研究人員用染料追蹤方法測試了自塞式微針在培養(yǎng)的兔和豬眼球的釋放特性。眼球組織切片顯示，插入部位的染料分布距離與針頭長度成正比，證明了自塞式微針的空間可控給藥能力。

最后，研究人員利用豬動(dòng)物模型進(jìn)行了體內(nèi)試驗(yàn)，將載有染料的自塞式微針應(yīng)用到豬的眼睛7天后，觀察豬的角膜發(fā)現(xiàn)自塞式微針仍然牢固地植入在眼球并且沒有出現(xiàn)變形。使用手術(shù)海綿進(jìn)行的泄漏測試表明沒有眼球液泄漏。

此外，豬眼球組織切片染色結(jié)果顯示，染料可以完全分散，并深入滲透到視網(wǎng)膜組織中。值得注意的是，應(yīng)用部位沒有炎癥或組織破壞的跡象。

這項(xiàng)工作得到了韓國國家研究基金會(huì)（NRF）、韓國政府基金（MSIT）（2021R1F1A105502211）以及國家研究基金會(huì)（教育部）基礎(chǔ)科學(xué)研究計(jì)劃（NRF-2017R1A6A3A04004741）的資助。

關(guān)于寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所

寺崎生物醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究所（TIBI）是一家非營利性研究機(jī)構(gòu)，致力于發(fā)明和促進(jìn)恢復(fù)或增強(qiáng)個(gè)人健康的實(shí)用解決方案。TIBI的研究利用科學(xué)進(jìn)步來了解每個(gè)人的獨(dú)特之處，從人體組織的宏觀尺度到基因的微觀尺度，為當(dāng)今社會(huì)一些最緊迫的醫(yī)學(xué)問題創(chuàng)造技術(shù)解決方案。該研究所使用創(chuàng)新的技術(shù)平臺，通過結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算和組織工程方法，在個(gè)體患者的水平上研究人類疾病。該研究團(tuán)隊(duì)將這些研究的結(jié)果轉(zhuǎn)化為量身定制的診斷和治療方法，包括個(gè)性化材料、細(xì)胞和植入物，具有獨(dú)特的潛力，并廣泛適用于各種疾病、紊亂和損傷。

該研究所由已故的器官移植技術(shù)領(lǐng)域先驅(qū)者Paul I Terasaki博士捐贈(zèng)。

審核編輯 ：李倩