本文介绍了一项关于可穿戴、自供电、载药电子微针系统（MD-EMN）用于加速炎症性皮肤病（ISDs）组织修复的研究。该研究由Lili Qian、Fei Jin、Zhidong Wei等作者共同完成，研究团队来自南京理工大学化学与化工学院、南京金陵医院骨科、南京大学医学院、南京医科大学第四附属医院以及东南大学生物电子学国家重点实验室。该研究于2023年发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。
研究背景
炎症性皮肤病（ISDs）如银屑病（psoriasis）影响全球2-3%的人口，通常伴随天然病理角质层屏障，阻碍电子的经皮传输，给电刺激（Electrical Stimulation, ES）的应用带来了巨大挑战。尽管电刺激在组织修复和神经调节等领域取得了显著进展，但其在治疗ISDs中的应用仍面临诸多困难。现有的电刺激设备难以实现有效的电子注入，且缺乏与化学药物的有效结合，无法实现特定的免疫调节。因此，开发一种结合化学药物和电刺激的新型柔性电子平台，以实现高效的免疫调节和组织重建，成为当前研究的迫切需求。
研究目标
本研究旨在开发一种可穿戴、自供电的多组分载药电子微针系统（MD-EMN），通过结合电刺激和化学药物，实现对ISDs的高效治疗。该系统能够快速释放药物，并在摩擦电纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator, TENG）产生的脉冲电子协同作用下，促进药物渗透和细胞特异性免疫调节，从而加速皮肤组织的稳态重建和炎症缓解。
研究流程
MD-EMN系统的设计与制备：
- 该系统由两部分组成：载有多组分化学药物的金属微针（MD-MN）和柔性摩擦电纳米发电机（TENG）。MD-MN通过逐层组装药物载体层在金属微针表面，确保药物快速释放和高机械强度。TENG则通过人体运动驱动，产生生理同步的脉冲电子，促进药物渗透和细胞活性。
- 微针的制备采用商业金属微针进行精细加工，并通过可编程浸涂机逐层组装药物涂层。药物包括他扎罗汀（Tazarotene, Taz）和倍他米松（Betamethasone, BM），分别用于外层和内层药物载体。
MD-EMN系统的性能测试：
- 通过激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等技术对MD-MN的结构和药物释放性能进行表征。结果显示，MD-MN能够在5分钟内几乎完全释放药物，且药物释放速率与传统电刺激驱动的药物释放相比显著加快。
- TENG的电输出性能通过模拟生理压力的循环按压和释放运动进行测试。结果显示，TENG在不同频率和压力下均能稳定输出电信号，且具有优异的疲劳抗性，经过5000次循环后仍无显著波动。
MD-EMN系统在银屑病模型中的应用：
- 使用咪喹莫特乳膏（Imiquimod Cream, IMQ）诱导的银屑病大鼠模型评估MD-EMN系统的治疗效果。结果显示，MD-EMN系统能够显著改善银屑病皮肤病变，减少红斑和鳞屑，并降低PASI评分（银屑病面积和严重程度指数）。
- 组织病理学分析显示，MD-EMN系统能够有效抑制角质细胞的异常增殖，减少单核白细胞在真皮中的聚集，表明其对银屑病的治疗效果优于单独的电刺激或药物治疗。
细胞和分子水平的分析：
- 通过免疫化学染色和免疫荧光检测，进一步分析了MD-EMN系统对银屑病的治疗机制。结果显示，MD-EMN系统能够显著抑制巨噬细胞和T细胞的浸润，降低促炎细胞因子（如TNF-α和IL-17）的表达水平，促进皮肤组织的稳态重建。
主要结果
- MD-EMN系统能够快速释放药物，并在TENG产生的脉冲电子协同作用下，显著提高药物在细胞内的渗透效率。
- 在银屑病模型中，MD-EMN系统显著改善了皮肤病变，减少了炎症反应，促进了皮肤组织的修复。
- 细胞和分子水平的分析表明，MD-EMN系统通过抑制巨噬细胞和T细胞的浸润，降低促炎细胞因子的表达，实现了对银屑病的有效治疗。
结论
本研究成功开发了一种可穿戴、自供电的多组分载药电子微针系统（MD-EMN），通过结合电刺激和化学药物，显著提高了对炎症性皮肤病（如银屑病）的治疗效果。该系统不仅具有轻便、高柔性和简化的制造工艺，还能够同时负载多种药物，未来有望扩展到其他皮肤疾病的治疗中。
研究亮点
- 创新性：首次将摩擦电纳米发电机（TENG）与载药微针结合，实现了电刺激与化学药物的协同作用，显著提高了药物渗透效率和治疗效果。
- 应用前景：该系统不仅适用于银屑病的治疗，还可能应用于其他炎症性皮肤病，如糖尿病溃疡和皮肤肿瘤等。
- 技术突破：通过逐层组装药物载体层，实现了药物的快速释放和高机械强度，解决了传统微针药物释放缓慢的问题。
研究意义
该研究为炎症性皮肤病的治疗提供了一种新的技术平台，结合了电刺激和化学药物的优势，显著提高了治疗效果。未来，通过进一步优化系统设计，MD-EMN系统有望在临床应用中发挥更大的作用，为患者提供更高效、便捷的治疗方案。