中国海大孔明教授 Adv. Healthc. Mater.：具有非药物依赖、毛囊周期调控和抗菌性能的可分离式微针贴片用于脱发治疗
近年来，脱发已经成为世界范围内的一个普遍问题。现今的脱发治疗方式中，常用药物如米诺地尔酊和非那雄胺等，具有明显的副作用，毛囊移植手术受到供体不足及成活率低等问题，导致脱发治疗效果的不理想。
近期，中国海洋大学海洋生命学院孔明教授团队通过两步注模法制备了一种由聚乙烯醇（PVA）针尖和透明质酸（HA）基底构成的可分离式微针贴片，针尖负载壳聚糖乳酸盐（CL）和脂肪干细胞源性外泌体（EXO）作为非药物依赖的毛发生长激活剂。该微针贴片刺入皮肤后，HA基底可通过吸液快速溶解，溶胀性PVA针尖滞留在皮内，针尖持续释放的EXO可以被真皮乳头细胞（DPCs）内吞，并通过激活Wnt信号通路促进细胞增殖，而CL释放的L-乳酸可以通过激活乳酸脱氢酶促进细胞生长。CL和EXO通过调控毛囊生发周期，协同促进毛发再生。在动物试验中，与局部注射米诺地尔酊相比，非药物微针贴片治疗后激活的毛囊数量是前者的1.5倍，增殖细胞数量是前者的2.5倍，并显著减低给药频次。此外，CL固有的抗菌特性使其可避免潜在的细菌感染。这种非药物微针贴片为脱发治疗提供了一种简单、安全、高效的策略，在临床应用中显示出巨大的潜力。该工作以“A Drug-Free, Hair Follicle Cycling Regulatable, Separable, Antibacterial Microneedle Patch for Hair Regeneration Therapy”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》上（Adv. Healthc. Mater. 2022，2200908）。文章第一作者是中国海洋大学博士生石岩和硕士生赵嘉璇。该研究得到国家自然科学基金的支持。
图1. 用于促进毛发再生的复合微针（(EXO+CL)/MN）的组成、刺皮、针尖分离及治疗机制示意图。将合成的壳聚糖乳酸盐（CL）（i）和分离获得的脂肪干细胞源性外泌体（EXO）（ii）载入针尖，得到(EXO+CL)/MN。微针插入皮肤后，透明质酸（HA）基质迅速溶解并分离，将聚乙烯醇（PVA）针尖留在皮肤中（iii）。CL释放的L-乳酸促进了真皮乳头细胞（DPCs）的乳酸脱氢酶（LDH）活性，EXO上调了DPCs中β-catenin和MMP-3的表达，协同激活毛囊进入生长期，促进毛发再生。同时，CL赋予的抗菌作用也可以避免微针滞留引起的潜在细菌感染。
图2. 壳聚糖乳酸盐（CL）和外泌体（EXO）对真皮乳头细胞（DPCs）增殖和迁移的影响。A）用CL（0.01、0.1、1、10或100 μg/mL）、EXO（20或40 μg/mL）或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）处理的DPCs的细胞生长率。B）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）分别培养0、12、24和36小时的细胞迁移图像。未处理组作为阴性对照（NC）（比例尺=200μm）。C）对图2B中划痕减少面积的定量分析。D）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）处理的DPCs中Ki67的免疫荧光图像（比例尺=200μm）。E）图2D中Ki67+细胞的百分比。
图3.真皮乳头细胞（DPCs）Wnt信号通路的调节和乳酸脱氢酶（LDH）活性的上调。A）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）处理24小时后，通过Western blotting分析DPCs中MMP3和β-catenin的蛋白表达。B）图3A中蛋白质表达的定量分析。C）用CL、EXO或CL+EXO处理的DPCs的qRT-PCR分析。D）用1 μg/mL CL处理后DPCs的LDH活性。
图4. CL和EXO体外促进小鼠胡须毛囊的生长。A）毛囊的分离和培养示意图。B）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）处理的毛囊的代表性显微照片（比例尺=500μm）。C）对图4B中生长的毛发长度进行定量分析。D）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）处理的毛囊中Ki67的代表性免疫荧光图像（比例尺=100μm）。E）对图4D中Ki67+细胞数量的定量分析。
图5. 可分离式微针贴片的制备及表征。A）使用注模法制备微针的示意图。B）微针的代表性数码照片和扫描电子显微镜（SEM）图像。C）微针的代表性激光扫描共聚焦显微镜图像，PVA针尖（红色）用DiI标记，HA基质（绿色）用异硫氰酸荧光素（FITC）标记（比例尺=500μm）。D）微针在皮肤中滞留的冷冻切片显微图像（比例尺=200微米）。E）不同配比的微针体外EXO的释放。将微针置于模拟体液（SBF）中，在不同时间连续拍摄代表性的显微照片（F）（比例尺：500μm）。G）通过微针（(DiI-EXO)/MN）或皮下注射（(DiI-EXO)/S.C.）给药的DiI标记的EXO在体内的荧光图像定量分析。在含有浓度为0.001、0.002、0.003、0.004、0.006、0.008和0.01 mg/mL CL的培养基中培养金黄色葡萄球菌（H）和大肠杆菌（I），悬浮液在620 nm处的吸光度检测。
图6. (CL+EXO)/MN治疗脱发的体内评估。A）(CL+EXO)/MN治疗小鼠的示意图。B）通过(CL+EXO)/MN、米诺地尔或(CL+EXO)/S.C.给小鼠脱发模型提供的治疗方案。C）用(CL+EXO)/MN、(CL+EXO)/S.C.或米诺地尔治疗后小鼠的代表照片。未经任何处理的小鼠被设定为阴性对照（NC）。D）图6C中毛发覆盖面积的定量分析。
图7. 毛囊再生的H&E染色和免疫荧光分析。A）给药后第7天和第11天的H&E染色（比例尺=500μm）。图7A中毛囊直径（B）和皮肤厚度（C）的定量分析。D）给药后第7天和第11天的Ki67免疫荧光检测图片（比例尺=500μm）。图7D中对生长期毛囊（E）和Ki67+细胞（F）数量的定量分析。
该工作是团队近期关于生物医用材料应用研究的最新进展之一。这项研究证明了一种非药物依赖性、毛囊周期调控和抗菌的可分离式微针贴片的制备策略，它能够以较低的给药频率显著促进毛发再生。微针贴片能够在刺入皮肤后短时间实现针尖基底的分离，从而将针尖滞留在皮肤内，并通过溶胀性能实现EXO的持续释放。在CL和EXO的协同作用下，促进毛囊周期进入生长期。此外，微针贴片可以抑制革兰氏阴/阳性菌的生长，防止潜在的细菌感染。该研究构建的微针贴片作为一种无痛、自我管理、低剂量、无副作用的脱发治疗方式有望成为脱发治疗的一种有希望的替代疗法。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202200908
