浙大顾臻团队研发新型可穿戴经皮给药系统，突破传统微针技术局限
浙大顾臻团队研发新型可穿戴经皮给药系统，突破传统微针技术局限
浙江大学顾臻团队在《Matter》期刊上发表了一项重要研究成果，他们开发了一种新型可穿戴经皮给药系统（WTD）。该系统结合了便携式离子导入设备、电响应性水凝胶和聚合物微针贴片，通过电刺激控制药物释放，并利用离子导入技术增强药物的经皮传输深度，为糖尿病管理和癌症治疗等领域提供了新的解决方案。
经皮给药作为一种通过皮肤吸收药物的给药方式，因其使用方便、非侵入性以及高患者依从性而备受关注。它为传统注射和口服给药提供了一种替代方案，尤其适用于那些在胃肠道易降解或存在显著首过效应的药物。然而，尽管经皮给药具有显著优势，现有的微针（MN）技术在实际应用中仍面临诸多挑战，例如穿透深度有限、药物负载能力不足以及复杂且技术要求高的控释配方等。这些问题不仅限制了药物的负载量和传输深度，也使得大规模生产变得困难。为了解决这些挑战，本文提出了一种新型的可穿戴经皮给药系统（WTD），该系统结合了便携式离子导入设备、电响应性水凝胶和聚合物微针贴片，旨在通过电刺激控制药物释放，并利用离子导入技术增强药物的经皮传输深度，从而实现高效、按需的药物递送，同时满足高剂量药物递送的需求，为糖尿病管理、癌症治疗等领域的药物递送提供一种新的解决方案。
WTD系统的整体设计与工作原理
该系统由一个便携式离子导入设备、电响应性水凝胶和聚合物微针贴片组成。图中详细描绘了WTD系统的结构和各组件的组装方式，包括三个电极和一个电响应性水凝胶。当系统被激活时，电极A到电极B的电流会触发水凝胶收缩，从而控制药物溶液的释放。随后，药物通过微针生成的微通道传输到皮肤中。此外，电极B和电极C之间的电流可以产生离子导入效应，进一步增强药物的经皮传输深度。该图还展示了WTD系统在手臂上的佩戴方式以及药物浓度随时间变化的示意图。
电响应性水凝胶的制备与特性
研究人员采用冷冻聚合方法制备了具有大孔结构的水凝胶，以实现高药物负载能力和电响应性。图中展示了水凝胶的制备流程、扫描电子显微镜（SEM）图像以及其多孔结构的特性。此外，还展示了水凝胶在不同药物溶液中的吸水能力和药物吸附性能。通过实验，研究人员证明了水凝胶在电刺激下能够迅速释放药物，并且释放量与电流强度成正比，同时药物的分子结构在释放过程中保持不变。
WTD系统促进大分子药物的经皮传输
研究人员通过在大鼠皮肤上进行实验，比较了单独使用微针贴片和结合WTD系统时的药物传输效率。结果显示，WTD系统显著增强了大分子药物（如胶原蛋白、胰岛素和胰高血糖素）的经皮传输深度和量。图中通过荧光成像技术展示了药物在皮肤中的分布情况，并通过荧光强度的定量分析进一步证明了WTD系统的有效性。此外，研究人员还通过组织切片实验验证了药物在皮肤中的渗透深度，进一步支持了WTD系统在经皮给药中的优势。
WTD系统在血糖管理中的应用
研究人员通过经皮递送胰岛素或胰高血糖素，验证了WTD系统在调节血糖水平方面的效果。实验结果表明，与单独使用微针贴片相比，WTD系统能够更有效地降低血糖水平，并且能够维持更长时间的正常血糖状态。此外，该系统还能够通过重复给药实现持续的血糖控制，避免了多次注射的不便。图中还展示了WTD系统在低血糖治疗中的应用，证明了其在快速恢复血糖水平方面的潜力。
WTD系统在癌症治疗中的应用
研究人员通过WTD系统递送化疗药物阿霉素（DOX），验证了其在肿瘤抑制和生存率提升方面的效果。实验结果表明，WTD系统能够有效地抑制肿瘤生长，并显著延长小鼠的生存时间。此外，通过组织切片和TUNEL实验，研究人员观察到WTD系统能够促进肿瘤细胞的凋亡，表明药物在肿瘤组织中的均匀分布和高效递送。
全文总结
WTD系统通过整合电响应性水凝胶和离子导入技术，实现了高效、按需的经皮药物递送，克服了传统微针技术的局限性。该系统在糖尿病管理和癌症治疗中展示了显著的应用潜力，为经皮给药领域提供了新的思路和方法。此外，WTD系统的低生产成本和简单制造工艺使其具有广泛的推广应用价值。未来，结合生物传感器技术，WTD系统有望实现基于生物信号的闭环药物递送，进一步提升其在个性化医疗中的应用前景。
原文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00083-9
来源：BioMed科技