本文介绍了一项关于通过微针自供电经皮电刺激系统（MN-STESS）改善表皮生长因子（EGF）药效动力学的研究。该研究由Yuan Yang、Ruizeng Luo、Shengyu Chao等作者共同完成，发表于《Nature Communications》期刊，发表日期为2022年11月3日。研究团队来自中国科学院北京纳米能源与系统研究所、西南医院整形外科、北京理工大学等多家机构。
表皮生长因子（EGF）是一种由53个氨基酸残基组成的小分子多肽，具有促进细胞生长、存活、迁移、增殖和分化等多种生物学功能。EGF通过与表皮生长因子受体（EGFR）结合，激活下游信号通路，如Ras/MAPK、PI3K/Akt等，从而促进伤口愈合。然而，EGF在临床应用中面临诸多挑战，包括透皮渗透性差、体内稳定性低（易被谷胱甘肽还原失活）以及长期使用导致的受体脱敏等问题。因此，如何提高EGF的药效动力学成为研究的重点。
本研究旨在开发一种基于微针的自供电经皮电刺激系统（MN-STESS），通过结合滑动式自由摩擦纳米发电机（SF-TENG）和微针贴片，改善EGF的透皮渗透性、稳定性和受体表达，从而提升其在伤口愈合中的应用效果。
研究分为多个步骤，主要包括MN-STESS系统的设计与集成、微针贴片的制备与表征、SF-TENG的工作原理与输出性能测试、EGF的透皮释放与稳定性评估、以及细胞和动物实验验证。
MN-STESS系统的设计与集成
MN-STESS系统由SF-TENG和两阶段微针贴片（CMNP）组成。SF-TENG通过手指滑动将机械能转化为电能，CMNP则通过微针穿透角质层，将EGF直接递送至皮肤深层。CMNP由聚乳酸（PLA）微针贴片和金涂层微针电极组成，表面覆盖交联明胶（CGel）和交联透明质酸（CHa）微针，用于负载EGF。
微针贴片的制备与表征
微针贴片通过热成型工艺制备，微针高度为550微米，基底直径为300微米。金涂层微针电极通过溅射工艺制备，厚度为50纳米。EGF被封装在CGel和CHa微针中，通过调整交联度和CHa含量，控制EGF的释放速率和机械性能。
SF-TENG的工作原理与输出性能
SF-TENG通过手指滑动产生微电流，输出电压为20V，电流为1μA。通过COMSOL模拟和实验验证，SF-TENG能够稳定输出电能，并通过微针电极将电流传递至皮肤深层。
EGF的透皮释放与稳定性评估
实验表明，MN-STESS能够持续释放EGF达24小时，显著提高了EGF的透皮渗透性。此外，电刺激通过调节EGF和谷胱甘肽（GSH）的分子运动，抑制了GSH对EGF的还原作用，从而维持了EGF的稳定性。
细胞和动物实验验证
细胞实验表明，MN-STESS通过电刺激上调了EGFR的表达，补偿了受体脱敏，促进了细胞增殖和迁移。动物实验进一步验证了MN-STESS在伤口愈合中的显著效果，与对照组相比，MN-STESS显著加速了伤口愈合，并促进了新生血管和毛囊的形成。
MN-STESS显著提高了EGF的透皮渗透性和利用率
通过微针贴片和电刺激的结合，EGF能够持续释放并深入皮肤深层，显著提高了药物的渗透性和利用率。
电刺激抑制了GSH对EGF的还原作用
电刺激通过调节分子运动，增加了EGF与GSH之间的分子距离，减少了GSH对EGF的还原作用，从而维持了EGF的活性。
电刺激上调了EGFR表达，补偿了受体脱敏
长期使用EGF会导致EGFR脱敏，而MN-STESS通过电刺激上调了EGFR的表达，显著改善了EGF的药效动力学。
MN-STESS显著促进了伤口愈合
动物实验表明，MN-STESS显著加速了伤口愈合，促进了新生上皮、血管和毛囊的形成，验证了其在临床治疗中的潜力。
本研究开发了一种基于微针的自供电经皮电刺激系统（MN-STESS），通过结合微针贴片和电刺激，显著改善了EGF的药效动力学。MN-STESS不仅提高了EGF的透皮渗透性和利用率，还通过电刺激抑制了GSH对EGF的还原作用，并上调了EGFR表达，补偿了受体脱敏。细胞和动物实验验证了MN-STESS在促进伤口愈合中的显著效果，为传统药物的组合治疗策略提供了新的思路。
创新性设计
MN-STESS结合了微针贴片和自供电电刺激系统，实现了药物的高效透皮递送和电刺激的协同作用。
显著改善EGF药效动力学
通过电刺激抑制GSH还原、上调EGFR表达，显著提高了EGF的稳定性和疗效。
广泛的应用前景
该研究为伤口愈合、糖尿病溃疡等疾病的治疗提供了新的治疗策略，具有重要的临床应用价值。
本研究不仅为EGF的药效动力学改善提供了新的解决方案，还为基于自供电电刺激的药物递送系统开辟了新的研究方向。通过结合微针技术和电刺激，MN-STESS为传统药物的组合治疗提供了新的思路，具有重要的科学价值和临床应用潜力。