3D打印蛋白基水凝膠微針，嬰幼兒血管瘤治療新突破

來源：摩方精密

嬰幼兒血管瘤（IH）是嬰幼兒最常見的血管腫瘤，頭部、面部等關(guān)鍵部位的病灶易引發(fā)潰瘍、瘢痕及功能障礙，需早期干預(yù)。目前臨床常用的局部噻嗎洛爾（TIM）治療存在透皮效率低（僅 10-20% 藥物穿透皮膚）、用藥頻率高（每日 3 次）、療效不穩(wěn)定等問題。傳統(tǒng)透皮貼劑、乳膏等因皮膚屏障限制，難以維持有效藥物濃度，而口服普萘洛爾雖有效但存在全身毒性風(fēng)險（如腎損傷、中樞神經(jīng)系統(tǒng)副作用）。因此，開發(fā)高效、低毒的局部給藥系統(tǒng)是 IH 治療的關(guān)鍵突破方向。

創(chuàng)新技術(shù)：蛋白基水凝膠微針的雙重優(yōu)勢
溫州醫(yī)科大學(xué)南開輝/李玲琍教授、國科溫州研究院王磊副研究員、溫醫(yī)附二院林孝坤聯(lián)合團隊，在《Materials Today Bio》發(fā)表題為 “Transdermal delivery of timolol maleate using hydrogel microneedles for the treatment of infantile haemangiomas” 的研究，開發(fā)了牛血清白蛋白甲基丙烯酸酯（BSAMA）水凝膠微針系統(tǒng)（BSAMA-TIM-MNs），結(jié)合微針的透皮優(yōu)勢與水凝膠的緩釋特性，為 IH 治療提供了新策略。

研究采用牛血清白蛋白甲基丙烯酸酯（BSAMA）作為載藥針尖材料，通過光固化反應(yīng)形成具有生物相容性的水凝膠結(jié)構(gòu)，其分子骨架保留天然蛋白特性，代謝產(chǎn)物為天然氨基酸，且無明顯細胞毒性。該微針系統(tǒng)的陽模是由摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch® S130，精度：2 μm）制備而成。其針尖設(shè)計為金字塔形，尖端直徑10 μm、高度 600 μm，通過高精度 PDMS 模具結(jié)合真空抽濾與紫外固化工藝成型，確保針尖銳利且結(jié)構(gòu)均勻。基底材料選用聚乙烯醇（PVA），經(jīng)干熱退火處理增強物理交聯(lián)，賦予微針貼片柔韌性，可適配皮膚曲面。制備流程中，先將 BSAMA 與噻嗎洛爾（TIM）混合液注入負型模具，紫外固化形成載藥針尖，再覆蓋 PVA 溶液干燥成型，最終得到 15×15 陣列的微針貼片（圖1）。

圖1. BSAMA-TIM-MNs的制備與表征。

通過 Franz 擴散池模擬皮膚滲透，BSAMA-TIM-MNs 在 72 小時內(nèi)累計釋放 69% 藥物，釋放模式呈現(xiàn) “慢 - 快 - 慢” 特征，初期依賴水凝膠溶脹擴散，后期通過 BSAMA 降解持續(xù)釋藥，確保病灶部位藥物濃度穩(wěn)定。力學(xué)測試顯示，微針尖端可穿透裸鼠皮膚形成規(guī)則微通道，H&E 染色證實穿刺深度約 200-300 μm，且表皮無明顯炎癥反應(yīng)或組織損傷。體外細胞毒性實驗中，BSAMA 提取物與 L929 細胞共培養(yǎng) 5 天，細胞存活率始終＞95%，活 / 死染色顯示細胞形態(tài)正常，證實材料生物相容性優(yōu)異。此外，藥物穩(wěn)定性實驗表明，微針在 - 20℃、4℃、25℃儲存 30 天后，TIM 保留率均超 95%，滿足臨床儲運需求（圖2）。

圖2. BSAMA-TIM-MNs的釋藥性能測試。

為評估微針治療效果，研究通過在 4-5 周齡裸鼠背部皮下注射人源血管瘤內(nèi)皮細胞（HemECs）與臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）混合懸液，構(gòu)建 IH 模型。注射后 3 天可見荷瘤形成，15 天時平均體積達 61.29±23.84 mm³，免疫熒光染色顯示病灶中 CD31（血管內(nèi)皮標志物）與 GLUT-1（血管瘤特異性標志物）表達陽性，證實造模成功。實驗將裸鼠隨機分為對照組、傳統(tǒng) TIM 外用組、空白微針組（BSAMA-MNs）與載藥微針組（BSAMA-TIM-MNs），其中載藥組每 3 天更換微針貼片，其余組按臨床常規(guī)頻率給藥，為后續(xù)體內(nèi)療效評估提供標準化模型基礎(chǔ)（圖3）。

圖3. 裸鼠背部皮下注射細胞混合懸液建立IH模型。

體內(nèi)實驗顯示，BSAMA-TIM-MNs 治療 2 周后，裸鼠 IH 體積較對照組減少約90%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)TIM 外用組（體積減少約45%）。腫瘤組織H&E 染色表明，載藥微針組血管密度明顯降低，大量脂肪細胞替代異常增生的血管組織，而傳統(tǒng) TIM 組仍可見密集微血管。免疫熒光與 Western blot 結(jié)果顯示，載藥微針組 GLUT-1 表達水平較對照組下調(diào) 40%，提示其可有效抑制腫瘤代謝活性（圖4）。

圖4. 異種血管瘤移植的體內(nèi)抗腫瘤作用。

安全性方面，治療期間各組裸鼠體重?zé)o顯著差異，心、肝、腎等臟器H&E 染色未見結(jié)構(gòu)異常，血液生化指標（AST、UA）均在正常范圍，證實微針系統(tǒng)無全身毒性。此外，微針穿刺部位皮膚無潰瘍或出血，進一步驗證了其在嬰幼兒敏感皮膚應(yīng)用的安全性與可行性（圖5）。

圖5. 異種血管瘤小鼠體內(nèi)毒性分析。

學(xué)術(shù)價值：從機制到臨床的轉(zhuǎn)化潛力
該研究首次將蛋白基水凝膠微針應(yīng)用于 IH 治療，解決了傳統(tǒng)療法的三大瓶頸：

透皮效率低：微針突破角質(zhì)層屏障，藥物皮膚沉積量提升 3 倍；

用藥頻率高：貼片每 3 天更換一次，較每日 3 次用藥顯著提升依從性；

全身毒性風(fēng)險：局部緩釋避免口服藥物的系統(tǒng)性暴露。

未來展望
團隊計劃開展臨床前藥代動力學(xué)研究，優(yōu)化微針尺寸與藥物負載量，并探索聯(lián)合激光治療等多模態(tài)策略，以提升復(fù)雜病灶的療效。該技術(shù)為透皮給藥領(lǐng)域提供了可推廣的材料設(shè)計思路，有望推動“精準局部治療” 在兒科的應(yīng)用。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.101752