研究报告：空心微针辅助的光动力疗法用于皮肤癌治疗

1. 研究背景与作者信息

本研究报告由Heba Abd-El-Azim等多名研究人员共同完成，研究团队来自Queen’s University Belfast、Damanhour University、Alexandria University等多个机构。该研究于2022年6月28日在线发表在Journal of Controlled Release期刊上，题为《Hollow microneedle assisted intradermal delivery of hypericin lipid nanocapsules with light enabled photodynamic therapy against skin cancer》。研究主要探讨了利用空心微针（hollow microneedles, Ho-MNs）辅助的光动力疗法（photodynamic therapy, PDT）在非黑色素瘤皮肤癌治疗中的应用。

2. 研究背景与动机

皮肤癌是全球最常见的癌症类型之一，尤其是非黑色素瘤皮肤癌（non-melanoma skin cancer, NMSC）的发病率逐年上升。传统的治疗方法如手术切除、化疗、放疗等存在预后不良和系统性副作用的问题。光动力疗法（PDT）作为一种微创治疗手段，具有较低的复发率和良好的美容效果，逐渐成为研究热点。然而，光敏剂（photosensitiser, PS）的皮肤渗透性差、水溶性低等问题限制了其临床应用。

本研究选择了金丝桃素（Hypericin, Hy）作为光敏剂。Hy是一种天然的光敏剂，具有显著的抗癌活性，但其水溶性差、易在生物系统中聚集，且皮肤渗透性不足。为了解决这些问题，研究团队首次将Hy封装在脂质纳米胶囊（lipid nanocapsules, LNCs）中，并结合空心微针（Ho-MNs）进行皮内递送，以增强其光动力治疗效果。

3. 研究流程与方法

研究分为以下几个主要步骤：

1. Hy-LNCs的制备与表征：

   • 通过相转化法制备Hy-LNCs，使用Labrafac®、Kolliphor® HS 15、Lipoid® S 100等材料。
   • 对Hy-LNCs的粒径、多分散指数（PDI）、zeta电位、药物含量和包封效率进行表征。
   • 使用透射电子显微镜（TEM）观察Hy-LNCs的形态。

2. 光动力活性与光稳定性评估：

   • 通过测定尿酸（uric acid, UA）的光分解速率常数来评估Hy-LNCs的光动力活性。
   • 使用LED光源（595 nm）照射Hy-LNCs，评估其光稳定性。

3. 细胞摄取与光细胞毒性实验：

   • 使用小鼠黑色素瘤细胞（B16-F10）评估Hy-LNCs的细胞摄取和光细胞毒性。
   • 通过流式细胞术和共聚焦显微镜观察Hy-LNCs在细胞内的分布。

4. 空心微针辅助的皮内递送：

   • 使用商业化的Adminpen™ Ho-MNs和自制的单空心微针（S-Ho-MN）进行皮内递送实验。
   • 评估微针的插入性能、孔隙闭合动力学以及Hy-LNCs在皮肤中的分布。

5. 体内实验：

   • 使用裸鼠模型评估Hy-LNCs的抗肿瘤效果。
   • 通过荧光成像和组织学分析评估Hy在肿瘤组织中的分布及其抗肿瘤活性。

4. 主要研究结果

1. Hy-LNCs的制备与表征：

   • Hy-LNCs的粒径为47.76 ± 0.49 nm，PDI为0.12 ± 0.02，包封效率高达99.67% ± 0.35。
   • TEM图像显示Hy-LNCs呈球形且分布均匀。

2. 光动力活性与光稳定性：

   • Hy-LNCs的光动力活性比游离Hy高出396倍，且光稳定性显著增强。
   • 在595 nm LED照射下，Hy-LNCs的光降解率显著低于游离Hy。

3. 细胞摄取与光细胞毒性：

   • Hy-LNCs在B16-F10细胞中的摄取显著高于游离Hy，且光照后细胞毒性显著增强。
   • Hy-LNCs在光照条件下的IC50为0.2 μM，显著低于游离Hy的0.8 μM。

4. 空心微针辅助的皮内递送：

   • Adminpen™ Ho-MNs和S-Ho-MN均能有效穿透皮肤，形成微孔通道。
   • Hy-LNCs通过微针递送后，在皮肤中的沉积量显著高于游离Hy，且能够渗透到更深的皮肤层。

5. 体内抗肿瘤效果：

   • 在裸鼠模型中，Hy-LNCs结合光照治疗后，肿瘤破坏率达到85.84%。
   • 荧光成像显示Hy在肿瘤组织中的分布显著增加，且未观察到明显的全身毒性。

5. 研究结论

本研究首次将Hy封装在LNCs中，并通过空心微针进行皮内递送，显著提高了Hy的光动力活性和皮肤渗透性。实验结果表明，Hy-LNCs结合光照治疗在非黑色素瘤皮肤癌的治疗中表现出显著的抗肿瘤效果。该研究为开发一种微创、高效、局部特异性的皮肤癌治疗方法提供了新的思路。

6. 研究亮点

• 创新性递送系统：首次将Hy封装在LNCs中，并通过空心微针进行皮内递送，显著提高了药物的皮肤渗透性和光动力活性。
• 显著的光动力效果：Hy-LNCs的光动力活性比游离Hy高出396倍，且在体内实验中表现出显著的抗肿瘤效果。
• 微创治疗：空心微针的使用使得药物能够高效、无痛地递送到皮肤深层，避免了传统治疗方法的副作用。

7. 研究意义与价值

该研究为皮肤癌的治疗提供了一种新的微创、高效的治疗方法，具有重要的科学和应用价值。通过结合纳米技术和微针技术，研究团队成功解决了Hy水溶性差、皮肤渗透性不足等问题，为光动力疗法在皮肤癌治疗中的应用开辟了新的途径。