近期，武漢大學藥學院黎威教授在科愛創辦的期刊Bioactive Materials上發表文章：一種具有藥物監測功能的微針貼片用于光控協同治療黑色素瘤。黑色素瘤是最具侵襲性和惡性的皮膚癌，該研究設計了一種基于自我監測微針(MN)的給藥系統，該系統將水溶性MN貼片與聚集誘導發射(AIE)活性PATC微粒集成在一起，成功實現黑色素瘤的光控脈沖化學-光熱協同治療。
1、研究內容簡介
微針（MN）是一種新型的微創經皮給藥系統，它可以刺入皮膚表面以下，在不損傷血管、不接觸神經末梢的情況下，實現藥物在皮膚內的緩釋。因此該種給藥方式不產生疼痛，能夠顯著提高患者的依從性。通過使用微針可以將小分子化學藥物和生物大分子成功的遞送到皮下用于局部治療或全身治療。本研究利用微針的特性，開發了一種基于可視化相變聚合物的微針貼片的自我監測脈沖藥物釋放系統，用于實時監測藥物釋放和化療-光熱協同治療黑色素瘤。所選用的聚合物Poly-AM-TPE-CAA (PATC)，具有生物相容性和熱響應性，在低溫條件下聚集體具有很強的熒光，而在高溫下解離成較小的顆粒，熒光減弱(圖1a)，適用于直接熒光監測藥物釋放過程中的相變過程和熱觸發后的藥物釋放驗證。為了證明微針給藥系統治療黑色素瘤的有效性以及AIE特性，我們將兩種模型藥物，包括化療藥物DOX和光熱劑ICG，共包封在PATC聚合物中，得到D/I@PATC微粒，隨后將這些微粒濃縮在微針的末端，形成D/I@PATC MN貼片，有效提高了給藥效率(圖1b)。本研究開發的D/I@PATC MN貼片，將MN的特性與AIE活性微粒子相結合，不僅實現了MN藥物釋放的可視化和驗證，而且提高了體外和體內光熱穩定性和可靠性。體外研究表明，D/I@PATC微顆粒具有優異的光控釋藥能力，在低劑量單次給藥下具有較強的抗腫瘤作用。體內抗黑色素瘤實驗表明，單次給藥D/I@PATC MN貼片可實現時空可控的化學光熱治療，幾乎完全抑制腫瘤生長，且無明顯的全身毒性(圖1c)。D/I@PATC MN貼片對黑色素瘤的有效治療為臨床治療黑色素瘤提供了新策略。
圖1:用于黑色素瘤治療的D/I@PATC MN貼片示意圖。a) D/I@PATC聚合物顆粒的制備及激光觸發藥物可視化釋放。b) D/I@PATC MN貼片的制作工藝。c)用于激光觸發化學-光熱協同治療黑色素瘤的D/I@PATC MN貼片示意圖。
一、D/I@PATC顆粒的制備與表征
D/I@PATC顆粒的可視化相變表征。a) AIE活性PATC微粒可逆可視化相變過程示意圖和CLSM圖像。b)不同溫度下PATC懸浮液的水動力直徑。c)掃描電鏡圖像和d)激光照射前后D/I@PATC的尺寸定量。e) PATC、DOX、ICG和D/I@PATC的紫外-可見吸收光譜。綠色、藍色和黑色虛線框分別表示PATC、DOX和ICG的特征峰。f)以PATC、DOX和ICG為對照樣品，808 nm (0.5 W/cm2)照射下D/I@PATC粒子的光熱效應。g)在808 nm激光(0.5 W/cm2)開(3 min)/關(17 min)周期照射下，D/I@PATC在PBS溶液中的體外累積DOX和ICG釋放量。i) 808 nm激光反復“開/關”循環照射(3 min, 0.5 W/cm2)前后D/I@PATC粒子的代表性熒光圖像和h)對應的定量熒光強度。綠色熒光:PATC; 紅色熒光:DOX。每個點代表平均值±SD (n = 3)。*p<0.05， **p<0.01， ***p <0.001. N.S.表示沒有差異。
二、體外細胞毒性及抗腫瘤功效
D/I@PATC釋放DOX的細胞攝取及體外細胞化療和光熱效應。a)無808 nm激光照射(0.5 W/cm2, 3 min)或用D/I@PATC孵育8 h后B16-F10對DOX的細胞攝取。b)不同處理B16-F10細胞對應的定量紅色熒光強度。c)不同濃度ICG和PATC孵育24 h后B16-F10和NIH/3T3細胞的細胞活力d) DOX、D/I@PATC、I@PATC激光和D/I@PATC激光處理B16-F10細胞的細胞活力。4種處理的DOX濃度一致。e) 不同材料處理B16-F10細胞的活/死細胞染色實驗。綠色熒光:鈣黃綠素，紅色熒光:碘化丙啶(PI)。每個點代表平均值±SD (n = 3)。每個點代表平均值±SD (n = 3)。*p<0.05， **p<0.01， ***p <0.001. N.S.表示沒有差異。
三、微針貼片的制備與表征
D/I@PATC微針的表征。a) D/I@PATC MN貼片插入皮膚前(右上)和后(右下)的代表性光學顯微鏡圖像。D/I@PATC顆粒集中在MN尖端前部。b) D/I@PATC MN陣列的SEM圖像。c)離體皮膚植入MN貼片后大鼠皮膚代表性明場顯微鏡圖像。d)明場顯微鏡下大鼠皮膚MN貼片植入后的組織學切片代表圖。藍色箭頭表示皮下遞送的D/I@PATC顆粒。e) D/I@PATC MN貼片的力學行為。f) 808 nm激光照射(0.5 W/cm2)下，空白MN貼片、DOX MN貼片、ICG MN貼片和D/I@PATC MN貼片的溫度變化曲線和g)對應的立體顯微照片/熱像圖。h) ICG MN貼片和i) D/I@PATC MN貼片在5次激光“開/關”循環照射下的時間-溫度曲線。j) D/I@PATC MNs插入瓊脂凝膠，反復激光照射后的熒光圖像。k)光照射后凝膠中D/I@PATC MNs的熒光強度變化。每個點代表平均值±SD (n = 3)。*p<0.05， **p<0.01， ***p <0.001. N.S.表示沒有差異。
四、D/I@PATC MN貼片體內生物分布
D/I@PATC MN貼片在B16-F10黑色素瘤小鼠體內的生物分布及光熱效應。a)給藥24 h后小鼠及主要臟器近紅外(NIR)熒光圖像。白色虛線表示腫瘤部位。b)腫瘤和c)小鼠給藥后主要器官的近紅外光信號強度。d)空白MN貼片、ICG MN貼片、D/I@PATC MN貼片在808 nm激光(0.5 W/cm2)照射下的光熱圖像及e)腫瘤部位相應的時間-溫度曲線。808 nm激光照射腫瘤部位即刻及應用D/I@PATC MN貼片(f)或ICG MN貼片(g)后24 h的時間-溫度曲線。h) 5次激光開/關循環照射下，D/I@PATC MN貼片治療腫瘤部位的時間-溫度曲線。每個點代表平均值±SD (n = 3)。*p<0.05， **p<0.01， ***p <0.001. N.S.表示沒有差異。
五、D/I@PATC MN貼片體內抗黑色素瘤作用
D/I@PATC MN貼片對B16-F10黑色素瘤小鼠的抗腫瘤活性。a)處理過程示意圖。b)插入D/I@PATC MN貼片后C57BL/6小鼠腫瘤部位的代表性圖像。c) 8個不同治療組的個體和d)平均腫瘤生長曲線。e)不同處理后小鼠的體重曲線和f)腫瘤生長動力學照片。每個點代表平均值±SD (n = 3)。*p<0.05， **p<0.01， ***p <0.001. N.S.表示沒有差異。
六、總結
本研究開發了一種自我監測的D/I@PATC MN貼片，可通過熒光變化直接監測藥物釋放，實現對黑色素瘤的光控化學-光熱協同治療。D/I@PATC微顆粒具有優越的AIE特性，不僅可以直接熒光觀察光觸發時的相變過程，而且可以通過光刺激后的熒光恢復來驗證藥物釋放。此外，光熱劑ICG包封在PATC聚合物顆粒中后，在體外和體內均表現出更強的穩定性和可靠的遠程激光響應能力。在B16-F10荷瘤小鼠中，D/I@PATC MN貼片經皮膚插入后，能快速有效地將D/I@PATC顆粒遞送至腫瘤部位，并表現出充分的化學光熱消除腫瘤作用，且不產生任何全身毒性，具有良好的抗腫瘤功效和良好的體內生物安全性。這些結果表明，D/I@PATC MN貼片在臨床治療皮膚癌方面具有很好的潛力。
2、原文信息
Chenyuan Wang, Yongnian Zeng, Kaifeng Chen, Jiawei Lin, Qianqian Yuan, Xue Jiang, Gaosong Wu, Fubing Wang*, Yongguang Jia*, Wei Li*.
A self-monitoring microneedle patch for light-controlled synergistic treatment of melanoma.
Bioactive Materials, 27 (2023) 58-71.
