可穿戴电控微针装置：类风湿关节炎靶向可控递送与协同治疗

中山大学杨静波博士、蒋乐伦教授及易长青教授团队研发了一种可穿戴的电控微针装置EMND，用于类风湿关节炎（RA）的协同治疗。该装置通过微针阵列穿透皮肤，结合电控药物释放技术，实现了对药物的精准时空控制，能够同时递送抗炎药物和镇痛药物，显著降低了炎症因子水平并提高了疼痛阈值。研究结果表明，EMND在RA治疗中具有良好的应用前景，并可能扩展到其他慢性疾病的治疗。该研究成果以“A Wearable Electro-Controlled Microneedle Device for Synergistic Rheumatoid Arthritis Therapy”为题，发表在《Small》期刊上。

RA是一种以慢性关节炎症和关节畸形为特征的系统性自身免疫性疾病，传统治疗方法如口服或注射非甾体抗炎药（NSAIDs）和皮质类固醇等，存在胃肠道副作用、患者依从性差等问题。微针技术作为一种新兴的经皮给药系统，能够微创、高效地将药物递送到皮肤中，但其药物释放不可控。因此，将微针与电控技术结合，有望实现精准的药物递送。

• 微针阵列与导电水凝胶的设计：研究团队设计了一种可穿戴的电控微针装置EMND，其核心组件包括微针阵列和导电水凝胶。微针阵列通过穿透皮肤角质层，为药物递送创建微通道，而导电水凝胶则作为药物储存库，通过离子电渗技术实现药物的按需释放。这种设计结合了微针的微创性和电控释放的精准性，为药物递送提供了高效路径。
   
• 电控系统与智能手机集成：EMND的电控系统通过微型控制电路和智能手机应用程序实现远程操控。控制电路提供可调节的电流，用于精确控制药物释放的剂量和时间，而智能手机应用程序则允许用户根据自身需求调整治疗方案。这种集成设计不仅提高了治疗的灵活性，还增强了患者的自主性和依从性。
   
• 体外与体内实验验证：研究通过体外Franz扩散池实验和体内RA大鼠模型实验验证了EMND的性能。体外实验表明，EMND的药物释放量与电流强度呈正相关，且显著高于传统被动扩散方法。体内实验进一步证实了EMND在降低炎症因子水平和提高疼痛阈值方面的显著效果，同时展示了其良好的生物相容性和安全性。

EMND通过结合微针技术和电控药物释放，实现了对RA的精准、协同治疗。该装置能够显著降低炎症因子水平，提高疼痛阈值，且具有良好的生物相容性和安全性，为RA的治疗提供了一种新的、有效的策略，并有望推广至其他慢性疾病的治疗。

图1展示了EMND的整体设计及其用于RA治疗的机制。EMND由微针阵列、导电水凝胶、微型控制电路和智能手机应用程序组成，通过微针穿透皮肤角质层创建微通道，并利用电控离子电渗技术实现药物的按需释放。该装置能够协同递送抗炎和镇痛药物，发挥协同治疗效果，同时通过智能手机实现远程控制，提升治疗的灵活性和患者依从性。

图2介绍了EMND的组装细节和关键组件的表征。微针阵列通过摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术3D打印加工制备，具有优化的尺寸和形状，能够高效穿透皮肤并创建药物递送通道。导电水凝胶通过聚多巴胺-聚吡咯（PDA-PPy）纳米颗粒与聚丙烯酰胺（PAM）网络结合，形成具有高电导率和良好生物相容性的药物储存介质。控制电路采用蓝牙技术实现与智能手机的连接，用户可通过应用程序调节药物释放的剂量和时间，实现了智能化的药物递送系统。

图3展示了导电水凝胶的配方优化以及微针阵列的力学性能测试。通过调整PDA-PPy纳米颗粒的比例，研究者优化了水凝胶的力学性能、膨胀比和电导率，最终确定了最佳配方。微针阵列的力学测试表明，其具有足够的强度穿透皮肤角质层，并在多次重复使用后仍保持良好的插入性能。这些结果验证了EMND在实际应用中的可行性和稳定性。

图4通过体外实验验证了EMND的药物递送效率和可控性。利用Franz扩散池模拟经皮药物递送，结果显示EMND在不同电流强度下能够显著提高药物的渗透量，且药物释放速率与电流强度呈正相关。此外，通过“通-断”循环实验进一步证明了EMND能够实现按需药物释放，其药物释放效率显著优于传统被动扩散方法，为后续体内实验奠定了基础。

图5通过体内实验评估了EMND在RA大鼠模型中的抗炎效果。实验结果表明，EMND治疗显著降低了踝关节中炎症因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的水平，并通过组织病理学分析（如H&E染色和SO/FG染色）证实了其对软骨和骨组织的保护作用。与传统注射和离子电渗治疗相比，EMND在减轻炎症和保护关节组织方面表现出显著优势，验证了其作为新型抗炎治疗手段的潜力。

图6展示了EMND在RA大鼠模型中的镇痛效果。通过热刺激和机械刺激实验，研究者发现EMND能够显著提高大鼠的疼痛阈值，减少疼痛行为反应。实验中，EMND组大鼠的血清中布洛芬（IBU）浓度显著高于离子电渗组，表明其高效的药物递送能力。此外，组织学分析显示EMND治疗未引起明显的组织损伤或炎症反应，进一步证明了其良好的生物相容性和安全性。
本文总结了EMND在RA治疗中的创新应用，通过结合微针技术和电控药物释放，实现了精准、高效的局部给药，显著降低了炎症因子水平并提高了疼痛阈值，同时展现了良好的生物相容性和安全性。该研究不仅为RA治疗提供了新的策略，还为其他慢性疾病的局部治疗提供了借鉴。未来可进一步优化装置性能、拓展药物组合以及开展临床试验将是推动EMND走向实际应用的关键方向。
 

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202508880

转自：https://mp.weixin.qq.com/s/oQ0NEHpCxpajPV2sPXvlJg?scene=1&click_id=1

来源：微流控信息网