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康復(fù)大學(xué)周祺惠/易兵成 J. Adv. Res.：模擬蚊喙無感知叮咬機(jī)理開發(fā)出凹面微針貼片用于眼部麻醉
2024-08-24  來源：高分子科技
關(guān)鍵詞：仿生 微針貼片 眼部麻醉

  局部麻醉在眼科手術(shù)中應(yīng)用廣泛，主要依賴于麻藥與神經(jīng)細(xì)胞膜上鈉離子通道的結(jié)合，阻斷神經(jīng)電信號(hào)傳導(dǎo)。傳統(tǒng)眼部麻醉方式以針阻滯技術(shù)為主，包括球后麻醉和球周麻醉。然而，針阻滯技術(shù)不僅存在針頭錯(cuò)位、眼球意外穿孔和破裂、眼外肌損傷、及麻藥易擴(kuò)散至眼球蛛網(wǎng)膜等風(fēng)險(xiǎn)，其長針結(jié)構(gòu)和疼痛伴隨還會(huì)引起患者焦慮和內(nèi)心恐懼。因此，尋找安全、簡便、無痛的局部麻醉新策略是眼科臨床手術(shù)的發(fā)展方向。


  自然界存在這么一種現(xiàn)象，當(dāng)蚊子咬人時(shí)會(huì)利用其口器刺穿人體皮膚吸取血液，同時(shí)分泌一種特殊麻醉劑來減輕或消除叮咬部位疼痛感。受此啟示，康復(fù)大學(xué)周祺惠研究員/易兵成副研究員開發(fā)了一種貼合人體眼球結(jié)構(gòu)的凹面可溶性載藥（利多卡因）微針體系（MNs@Lido），以模擬蚊喙無感知叮咬機(jī)理實(shí)現(xiàn)利多卡因的眼部麻醉效果（圖1）。


圖1 受蚊喙結(jié)構(gòu)啟示的凹面可溶性載藥微針設(shè)計(jì)示意圖


圖2 MNs@Lido的物理特性和組織可穿透能力


  鑒于透明質(zhì)酸（HA，眼液和角膜重要組成部分）可調(diào)節(jié)傷口愈合進(jìn)程，本研究選用HA和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，FDA批準(zhǔn)）混合材料體系負(fù)載利多卡因（Lido），并將其設(shè)計(jì)弧形以適應(yīng)眼球形狀。為增強(qiáng)微針的可穿透能力，將微針單體設(shè)計(jì)成四叉錐體結(jié)構(gòu)，以同心圓圖案方式排列在微針內(nèi)部。為保證微針有效地穿透到角膜層，每個(gè)微針均設(shè)計(jì)成高度500 μm，基部寬度275 μm。將制備的MNs@Lido按壓兔眼球25秒時(shí)，可觀察到微針的明顯溶解，并伴有超過75%的Lido累積釋放。此外，在針孔周圍區(qū)域也觀察到HA溶解并均勻得分散到組織中，可確保Lido在角膜組織中的有效釋放（圖2）。


圖3 MNs@Lido生物相容性評(píng)估


  針對(duì)微針成分（包括Lido、HA、PVP和MNs@Lido）的生物相容性，作者發(fā)現(xiàn)高濃度Lido會(huì)影響細(xì)胞活力。鑒于臨床Lido靜脈內(nèi)劑量是1mg/kg，可以推測(cè)MNs@Lido（Lido的負(fù)載量為70 mg）用于局部麻醉安全可靠。此外，PVP和MNs@Lido在0~800 g/mL濃度范圍內(nèi)均顯示出良好的生物相容性（圖3）。


圖4 MNs@Lido使用后微針孔道的自愈合情況


  為驗(yàn)證MNs@Lido在角膜中的機(jī)械穿透能力，作者對(duì)微針治療區(qū)域周圍的眼球組織進(jìn)行了局部觀察，并發(fā)現(xiàn)眼球表面形成的不同微針孔通道與微針尺寸大小相匹配。微針插入后5 min內(nèi)對(duì)角膜進(jìn)行光學(xué)相干斷層掃描、插入1 h后對(duì)角膜組織基質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞層分析、插入24h后對(duì)角膜組織切片分析，可觀察到微針孔通道的顯著自愈，對(duì)角膜組織未產(chǎn)生明顯的不可逆損害（圖4）。


圖5 MNs@Lido的局部麻醉效果


  最后，作者選用大鼠足底切口疼痛模型和家兔角膜反射模型驗(yàn)證MNs@Lido的麻醉效果。結(jié)果表明，MNs@Lido使用后在15、30和45 min內(nèi)閾值顯著改善，且麻醉效果可持續(xù) 60 min；與單純載Lido貼片相比，微針的使用可顯著提高麻醉功效（圖5）。


  綜上，本研究模擬蚊喙無感知叮咬機(jī)理，利用微成型技術(shù)成功制備貼合人體眼球結(jié)構(gòu)的凹面可溶性微針體系，用于Lido在眼科麻醉手術(shù)中的局部遞送。MNs@Lido貼片不僅可有效穿透眼角膜組織溶解釋放Lido，還表現(xiàn)出優(yōu)異生物相容性促進(jìn)遺留的微針孔道愈合。更重要的是，MNs@Lido貼片具有顯著的眼部麻醉效果，且可維持30 min以上，這為眼科疾病的治療提供了一種快速、無痛的局部麻醉新策略。相關(guān)論文以“A Mosquito Proboscis-Inspired Cambered Microneedle Patch for Ophthalmic Regional Anaesthesia”為題，近日發(fā)表在《Journal of Advanced Research》上。本工作第一作者為碩士生劉學(xué)全，通訊作者為康復(fù)大學(xué)周祺惠研究員/易兵成副研究員與青島大學(xué)附屬醫(yī)院董河主任。該工作得到山東省青年泰山學(xué)者計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、青島市自然科學(xué)基金和煙臺(tái)開發(fā)區(qū)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)軍項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.07.020

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（責(zé)任編輯：xu）
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