利用中空微針實(shí)現(xiàn)高效皮內(nèi)遞送治療非黑色素瘤皮膚癌

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)顯示，非黑色素瘤皮膚癌在過去幾十年內(nèi)發(fā)病率顯著增加，全球每年報(bào)告病例超過100萬例，且死亡率極高?，F(xiàn)有常規(guī)治療方案如手術(shù)切除、化療、放療、冷凍治療等預(yù)后不佳，且多會(huì)引起全身毒性。光動(dòng)力療法（PDT）因其系統(tǒng)毒性低、可降低疾病復(fù)發(fā)率、聯(lián)合治療可及性高等優(yōu)勢(shì)在皮膚癌等惡性腫瘤治療中獲得了廣泛關(guān)注。

其中，對(duì)于非黑色素瘤皮膚癌而言，局部光動(dòng)力療法更具優(yōu)勢(shì)。然而，現(xiàn)有的策略通常結(jié)合磁場(chǎng)或電場(chǎng)等外在媒介，較為復(fù)雜且需要訓(xùn)練有素的操作人員，不利于實(shí)際應(yīng)用。

在該研究中，Donnelly教授團(tuán)隊(duì)采用脂質(zhì)納米膠囊包載光敏劑金絲桃素（Hypericin，Hy），進(jìn)而利用中空微針實(shí)現(xiàn)高效皮內(nèi)遞送，通過局部PDT治療非黑色素瘤皮膚癌（圖1）。

圖1 中空微針輔助皮內(nèi)遞送脂質(zhì)納米光敏劑，實(shí)現(xiàn)腫瘤局部光動(dòng)力治療的示意圖

光敏劑在脂質(zhì)納米膠囊中的裝載

Hy是一種有效的脂溶性光敏劑，具有良好的抗癌活性。但其水溶性較差、易在生物系統(tǒng)中聚集，且在皮膚中難以滲透，嚴(yán)重阻礙其應(yīng)用。研究人員以Labrafac、KolliphorHS 15和LipoidS 100為主要脂質(zhì)成分，通過相轉(zhuǎn)換和溫度循環(huán)制備脂質(zhì)納米膠囊并高效包載Hy，得到Hy-LNCs。當(dāng)Hy濃度為100μM時(shí)，所得Hy-LNCs粒徑為47.76±0.49nm，聚合物分散性指數(shù)（PDI）為0.12±0.02，且Hy的封裝效率高達(dá)99.67%。

此外，Hy-LNCs可有效抑制Hy的聚集，相比游離Hy，光活性提高396倍，光穩(wěn)定性也有顯著提高，其中游離Hy于20分鐘內(nèi)全部降解，而Hy-LNCs在40分鐘內(nèi)僅降解18%。此外，Hy-LNCs的細(xì)胞攝取與細(xì)胞毒性也得到明顯提升。

中空微針的應(yīng)用

膠體粒子和大分子治療劑等難以克服皮膚屏障，大多停留于表層皮膚，無法跨越角質(zhì)層滲透至更為深層的表皮和真皮層，阻礙了其有效使用。微針（MNs）擁有微米級(jí)針尖，可透皮遞送治療性分子而不會(huì)引起明顯的疼痛。其中，中空微針（Ho-MN）設(shè)計(jì)有水溶性微通道，能夠刺穿上層皮膚有效注入不同的藥物制劑，使藥物直接沉積于表皮和真皮層中。

許多商品化中空微針（例如MicronJet、AdminPen Ho-MNs等）可與標(biāo)準(zhǔn)注射器適配，用于各類制劑的高效皮內(nèi)遞送。

圖2 兩種不同類型的中空微針裝置：AdminPen（A-C）和S-Ho-MN（D）

研究人員比較了兩種類型的Ho-MNs（AdminPen和S-Ho-MN）。其中，AdminPen Ho-MN陣列面積為1平方厘米，由43個(gè)非常鋒利的不銹鋼針尖組成（圖2A-C），其特點(diǎn)是每個(gè)針尖側(cè)面都有偏心管軸，確保藥物可以有效遞送而不會(huì)堵塞針尖。選取的針尖高度為1200μm，可經(jīng)皮創(chuàng)建深約1100-1200μm的微孔，將藥物有效遞送至真皮而不觸及疼痛受體。

去除微針陣列后，形成的水性微孔可坍塌，皮膚屏障快速修復(fù)以避免感染。單根中空微針（S-Ho-MN）由Donnelly教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，他們以26G × ?英寸的不銹鋼Terumo針為基礎(chǔ)，制造了這款高約1300μm的中空微針，并使用3D打印，獲得了由PLA組成的微針底座，組裝后得到同樣能夠適配注射器的S-Ho-MN（圖2D）。

兩種微針均具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可有效穿透皮膚屏障。OCT圖像顯示，AdminPen 1200μM Ho-MN在新生豬皮膚中的穿透深度為1045.5±22.8μm，約為實(shí)際針長(zhǎng)的95%（圖3a、b）。另外，閉孔動(dòng)力學(xué)研究顯示（圖3c），去除微針陣列后，皮膚在2-4分鐘內(nèi)迅速開始愈合，10分鐘內(nèi)皮膚屏障即可完全恢復(fù)。

圖3 AdminPen 1200μM中空微針對(duì)于新生豬皮膚的穿透（a）、OCT圖像（b）和閉孔動(dòng)力學(xué)圖像（c）

當(dāng)微針陣列應(yīng)用于皮膚時(shí)，其創(chuàng)建的水性微通道能夠一直保持打開，因此，可持續(xù)遞送Hy-LNCs至深層皮膚中。Hy在離體豬皮膚的滲透研究顯示，在每個(gè)深度水平，Hy-LNCs的藥物濃度都顯著高于游離Hy，其最深可擴(kuò)散至2900μm，而游離Hy最深僅可擴(kuò)散至900μm，表明LNCs封裝Hy可輔助Hy在皮膚中的滲透。此外，三維重建的共聚焦圖像顯示，Ho-MN可將Hy-LNCs有效遞送至目標(biāo)深度。

通過S-Ho-MN注射Hy-LNCs和游離Hy的離體研究顯示，Hy-LNCs顯著提高了Hy的皮內(nèi)沉積量，約為游離Hy的7倍之高，二者的皮膚藥物沉積分別為總給藥劑量的92.5%和14%。類似地，通過AdminPen 1200μM Ho-MN給藥時(shí)，Hy-LNCs的皮膚沉積量達(dá)到了給藥劑量的75%，也顯著高于Hy溶液的12%?？傮w而言，通過中空微針注射Hy-LNCs可顯著改善Hy在不同皮膚層內(nèi)的皮內(nèi)分布和藥物沉積。

體內(nèi)抗腫瘤效果研究

研究人員采用荷皮下CT-26（CRL-2638）小鼠結(jié)腸癌的裸鼠模型評(píng)估了中空微針輔助皮內(nèi)遞送Hy-LNCs的光動(dòng)力治療效果。體內(nèi)生物分布顯示，Hy-LNCs會(huì)在皮下組織中保留1h，其后會(huì)逐步擴(kuò)散至身體其它組織，所以選擇微針給藥45分鐘后開始進(jìn)行LED光照（595±10nm）。

在應(yīng)對(duì)具一定曲度的病灶部位時(shí)，AdminPen Ho-MN因其扁平的陣列樣式造成了制劑的大量泄漏，而研究人員設(shè)計(jì)制造的S-Ho-MN可有效將制劑垂直遞送至腫瘤中而不會(huì)泄漏。體內(nèi)治療結(jié)果顯示（圖4），由S-Ho-MN遞送的Hy-LNCs在LED光照射后（45±2mW/cm2）表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤效果，腫瘤體積從103±5.16mm3減少至15±2.30mm3，抑瘤率達(dá)85.84%。

圖4 S-Ho-MN遞送Hy-LNCs在小鼠皮下腫瘤模型中的光動(dòng)力治療效果

綜上所述，該研究使用中空微針作為局部光動(dòng)力癌癥治療的潛在藥物遞送平臺(tái)。兩種類型的Ho-MNs均可高效將Hy-LNCs透皮遞送至皮膚深層。然而在體內(nèi)應(yīng)用于荷瘤小鼠的簡(jiǎn)便性和可行性方面，S-Ho-MN優(yōu)于AdminPen Ho-MN。該研究表明采用中空微針遞送Hy-LNCs聯(lián)合光照為非黑色素瘤皮膚癌提供了一種創(chuàng)傷小、高效的局部治療方法。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2022.06.027

審核編輯：劉清