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皮膚病可使患者有皮膚和全身感染、創(chuàng)傷和罹患惡性腫瘤的風(fēng)險。細(xì)胞療法能通過將治療性細(xì)胞注射治療全身疾病，也可以通過支架移植治療局部癥狀，為以前無法治愈疾病帶來了希望。然而，這些通常以犧牲患者舒適度的情況下實現(xiàn)靶向細(xì)胞的可控和精確傳遞，為其臨床應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。微針（MN）技術(shù)可以用微創(chuàng)方式將靶向藥物控制和精確地遞送到特定的皮膚層和其他組織，而為了攜帶和遞送細(xì)胞，MN必須保持加載細(xì)胞的活力并具有穿透皮膚的機械強度。

基于此，香港城市大學(xué)的Chenjie Xu團隊通過優(yōu)化的低溫培養(yǎng)基和對有益的預(yù)懸浮細(xì)胞進行逐步低溫微成型制造低溫微針(cryoMNs)（圖1），此貼片可以輕易刺穿皮膚并將加載的活細(xì)胞輸送到皮膚中。

圖1 微針示意圖

使用微成型方法制備cryoMNs（圖2)。將有益的細(xì)胞預(yù)懸浮在優(yōu)化的低溫培養(yǎng)基中，然后將混合物澆鑄到負(fù)聚二甲基硅氧烷模具中，并留在模具中20分鐘，以使細(xì)胞在重力作用下沉入針尖。然后應(yīng)用順序梯度低溫工藝（從-20 °C到-196 °C），凝固后形成cryoMN貼片。整個制造過程大約需要8小時。由此產(chǎn)生的cryoMNs具有~900 μm的高度和~350 μm的基部寬度，抗壓強度為24.7 ± 3.8 MPa。

圖2 cryoMNs的制備與表征

研究人員探究cryoMNs的熔化對它們的機械強度產(chǎn)生負(fù)面影響（圖3），當(dāng)將cryoMNs從其冷凍保存環(huán)境（-196 °C，液氮）中取出并留在室溫中（~24 °C）時，cryoMNs上立即出現(xiàn)霜凍，并在140秒后針尖開始融化。當(dāng)將cryoMN放置在指尖上時，針尖在60秒內(nèi)熔化。豬皮穿透實驗顯示，cryoMNs應(yīng)在從儲存環(huán)境中取出后立即使用，并且暴露于室溫的時間應(yīng)少于40秒。

圖3 cryoMNs的皮膚滲透能力

通過上述制造工藝將六種類型的細(xì)胞（RFP-HeLa、HaCaT、NDF、MSC、黑色素細(xì)胞和T細(xì)胞）加載到cryoMNs中，不同類型的細(xì)胞存活率不同，在20-55%之間，但是六種活細(xì)胞從cryoMNs釋放后均可以增殖。通過拇指按壓將載有RFP-HeLa的cryoMNs應(yīng)用于小鼠皮膚背面，熒光成像顯示第3天到第14天，植入的細(xì)胞顯示出輕微的增殖，細(xì)胞能在14天的時間內(nèi)在小鼠皮膚內(nèi)繼續(xù)保持活力。

圖4 cryoMNs釋放的細(xì)胞的存活和增殖

除此之外，研究人員還評估了加載樹突細(xì)胞（DC）的cryoMNs對癌癥疫苗接種的治療效果。通過將裝載OVA-DC（卵清蛋白-樹突細(xì)胞）的cryoMNs（OVA-DC-cryoMNs）用于小鼠癌癥疫苗接種，得出的數(shù)據(jù)表明，每周兩次用OVA-DC-cryoMNs 接種疫苗足以誘導(dǎo)免疫反應(yīng)，最佳劑量4×105 OVA-DCs。接種OVA-DC-cryoMNs可以誘導(dǎo)比皮下和靜脈注射疫苗顯示出更有效的抗原特異性免疫反應(yīng)和更強的抗腫瘤發(fā)生能力。

圖5 cryoMNs接種疫苗評估

通過拇指按壓將它們插入小鼠的背部皮膚并在10分鐘后取出，來評估安全性和生物相容性評價。結(jié)果顯示cryoMNs和HA-MNs處理的皮膚沒有表現(xiàn)出任何明顯的紅斑或水腫，H&E染色顯示在使用cryoMNs后30分鐘和24小時沒有明顯的炎癥細(xì)胞浸潤或病理生理反應(yīng)。除此之外，皮膚中沒有明顯的細(xì)胞凋亡，沒有引起任何明顯的肝損傷，也不會導(dǎo)致小鼠體重減輕。

圖6 安全性和生物相容性評價

相關(guān)成果近期在國際著名期刊Nature biomedical engineering（2019年影響因子18.952）以題為Cryomicroneedles for transdermal cell delivery的論文發(fā)表。論文的第一作者為Hao Chang，通訊作者為Haiyan Liu & Chenjie Xu。

論文相關(guān)鏈接

https://www.nature.com/articles/s41551-021-00720-1