武汉大学药学院黎威教授课题组《Small》：结合多功能纳米颗粒和活菌的双层微针贴片用于长效治疗特应性皮炎

特应性皮炎（AD）是一种常见的慢性皮肤炎症疾病，常常影响患者的日常生活。该病症状主要表现为皮肤干燥、剧烈瘙痒以及炎症等，常常给患者带来极大的不适。尽管现有的治疗方法具有一定的疗效，但往往无法全面、持续地改善患者的症状。

基于此，武汉大学药学院黎威教授团队设计开发了一种结合多功能纳米颗粒和活菌的双层微针贴片用于长效治疗特应性皮炎。该微针贴片是利用摩方精密 microArch^® S240 （精度：10 μm）3D打印设备加工模具后经PDMS翻模制备而成的。这项研究不仅展示了微针贴片在药物递送领域的巨大潜力，更为患者提供了更为便捷、有效的治疗手段。

相关研究成果以“Double-Layered Microneedle Patch Integrated with Multifunctional Nanoparticles and Live Bacteria for Long-Term Treatment of Atopic Dermatitis”为题发表在期刊《Small》上。武汉大学药学院博士研究生张雯、雷嘉鹏为共同第一作者，武汉大学中南医院药学部胡汉昆主任、武汉大学药学院黎威教授为通讯作者。

这款贴片采用了双层结构，微针尖端装载了普鲁士蓝纳米粒子包裹的盐酸西替利嗪（CET@PB NPs），而贴片底层则融入了枯草芽孢杆菌（B. subtilis）。当贴片插入皮肤时，CET@PB NPs能够迅速被释放到皮肤中，发挥抗氧化、抗炎、止痒和改善皮肤屏障等多重功效。同时，枯草芽孢杆菌则通过其抗菌作用，进一步改善微生物失衡，从而全面缓解AD的症状（图1）。

图1. 结合多功能纳米颗粒和活菌的双层微针贴片用于长期治疗特应性皮炎示意图

首先，研究者合成了普鲁士蓝纳米粒子包裹的盐酸西替利嗪（CET@PB NPs），此纳米粒子呈现立方体结构，粒径约100 nm，载药后仍然可以维持普鲁士蓝原来的晶体结构，具有一定的缓释能力和良好的安全性（图2）。

 

图2. CET@PB NPs 的合成与表征。A) PB NPs 的代表性TEM图像。B) CET@PB NPs 的代表性TEM图像。C) PB NPs 和 CET@PB NPs 的DLS。D) PB NPs、CET 和 CET@PB NPs 的Zeta电位。E) CET@PB NPs 的FE-SEM图。F) CET、PB NPs 和 CET@PB NPs 的傅立叶变换红外光谱。G) PB NPs 和 CET@PB NPs 的TGA曲线。H) PB NPs 和 CET@PB NPs 的XRD。I) CET@PB NPs 的XPS光谱。J) CET@PB NPs 在PBS中的药物释放曲线。K) 用 PB NPs 或 CET@PB NPs处理红细胞的溶血率。各点代表平均值± SD（n=3）。

然后，研究者将此纳米粒子和枯草芽孢杆菌装载至微针模具，制备得到双层微针贴片。值得注意的是，这款双层微针贴片在制备过程中采用了离心和真空铸造方法，确保了贴片的结构稳定性和药物递送效率。实验结果显示，单个微针能够承受足够的压力，确保能够插入皮肤进行药物递送。同时，微针在插入猪皮后的5分钟内，就能将CET@PB NPs高效地递送到皮肤中，且不留任何残留物。这充分证明了该贴片具有极高的透皮递送效率。背衬部分的枯草芽孢杆菌则有效滞留在皮肤表面，用于改善AD表面金黄色葡萄球菌定植的微环境（图3）。

 

图3. Bs/CET@PB MN 贴片的制作和表征。A ）Bs/CET@PB MN 贴片的代表性 SEM 图像。B)Bs/CET@PB MN 贴片的力-位移曲线（插图：机械强度测试前后单个MN的光学图像）。C) 一个MN贴片插入猪皮肤前后的代表性明场和荧光图像。红色虚线表示背衬层。D) 猪皮肤被MN贴片刺穿后的代表性明场和荧光图像。E) 贴上MN贴片后猪皮肤的组织学图像。F) 被MN贴片刺穿的猪皮肤的OCT图像。G) 在小鼠体内使用Bs/CET@PB MN 贴片后，皮肤随时间变化的光学图像。

随后，研究团队还对该贴片的治疗效果进行了全面评估（图4）。结果显示，Bs/CET@PB MN贴片治疗的AD小鼠的恢复最为显著，搔痒频率明显降低。此外，MN贴片降低了与炎症因子水平升高相关的脾脏重量增加现象。随后，枯草芽孢杆菌处理后，金黄色葡萄球菌在小鼠皮肤上的生长受到明显抑制，这归功MN贴片中枯草杆菌的抗菌作用。此外，各组小鼠之间的体重没有明显差异，这表明MN贴片具有很高的生物安全性。总之，这些结果表明，Bs/CET@PB MN贴片具有卓越的AD治疗效果。

 

图4. Bs/CET@PB MN 贴片对AD小鼠的治疗效果。A ）不同组别在不同时间点的代表性皮损图像。B) AD小鼠在治疗期间的体重变化。C) 第 12 天不同组别每30分钟搔抓次数的量化。D, E) 不同组小鼠的代表性脾脏大体图像和脾脏重量。F, G) 治疗期间皮炎严重程度评分。H) 各组小鼠在治疗前和治疗12天后分离出的金黄色葡萄球菌培养物的照片。I, J) 治疗前后各组小鼠分离的金黄色葡萄球菌定量。B-C、E-F)中，每个点代表平均值 ± SD（n=5）。I-J），每点代表平均值± SD（n=3）。∗p< 0.05，∗∗p < 0.01，∗∗∗p < 0.001，∗∗∗∗p< 0.0001，ns表示不显著。

结论: 研究者设计制备了一种多功能双层MN贴片（Bs/CET@PB MN 贴片），该贴片通过整合治疗性NPs和活菌设计用于AD的长效治疗。贴在皮肤上后，由于MN尖端层的溶解，MN贴片迅速将CET@PB NPs送入皮肤，而活的枯草杆菌则由于背衬层的溶解而沉积在皮肤表面。输送的 CET@PB NPs 不仅通过多种酶模拟活性有效清除ROS和抗炎，还能在皮下持续释放抗组胺药物CET超过两周，从而通过上调在表皮皮肤屏障形成中起重要作用的FLG和LOR的表达，缓解瘙痒和抑制AD的发展。此外，枯草杆菌在皮肤上存活了9天以上，竞争性地抑制了金黄色葡萄球菌的生长，并通过其抗菌作用进一步改善了AD的症状。因此，负载了多功能NPs 和活菌的双层MN贴片集消除活性氧（ROS）、减轻炎症、增强皮肤屏障、止痒和改善微生物失衡等特点于一身，在缓解AD小鼠症状方面表现出卓越的长期疗效，为皮肤病的临床治疗提供了一种很有前景的选择。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202409121