康复大学周祺惠/易兵成 J. Adv. Res.：模拟蚊喙无感知叮咬机理开发出凹面微针贴片用于眼部麻醉

2024-08-24 来源：高分子科技

局部麻醉在眼科手术中应用广泛，主要依赖于麻药与神经细胞膜上钠离子通道的结合，阻断神经电信号传导。传统眼部麻醉方式以针阻滞技术为主，包括球后麻醉和球周麻醉。然而，针阻滞技术不仅存在针头错位、眼球意外穿孔和破裂、眼外肌损伤、及麻药易扩散至眼球蛛网膜等风险，其长针结构和疼痛伴随还会引起患者焦虑和内心恐惧。因此，寻找安全、简便、无痛的局部麻醉新策略是眼科临床手术的发展方向。

自然界存在这么一种现象，当蚊子咬人时会利用其口器刺穿人体皮肤吸取血液，同时分泌一种特殊麻醉剂来减轻或消除叮咬部位疼痛感。受此启示，康复大学周祺惠研究员/易兵成副研究员开发了一种贴合人体眼球结构的凹面可溶性载药（利多卡因）微针体系（MNs@Lido），以模拟蚊喙无感知叮咬机理实现利多卡因的眼部麻醉效果（图1）。

图1 受蚊喙结构启示的凹面可溶性载药微针设计示意图

图2 MNs@Lido的物理特性和组织可穿透能力

鉴于透明质酸（HA，眼液和角膜重要组成部分）可调节伤口愈合进程，本研究选用HA和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，FDA批准）混合材料体系负载利多卡因（Lido），并将其设计弧形以适应眼球形状。为增强微针的可穿透能力，将微针单体设计成四叉锥体结构，以同心圆图案方式排列在微针内部。为保证微针有效地穿透到角膜层，每个微针均设计成高度500 μm，基部宽度275 μm。将制备的MNs@Lido按压兔眼球25秒时，可观察到微针的明显溶解，并伴有超过75%的Lido累积释放。此外，在针孔周围区域也观察到HA溶解并均匀得分散到组织中，可确保Lido在角膜组织中的有效释放（图2）。

图3 MNs@Lido生物相容性评估

针对微针成分（包括Lido、HA、PVP和MNs@Lido）的生物相容性，作者发现高浓度Lido会影响细胞活力。鉴于临床Lido静脉内剂量是1mg/kg，可以推测MNs@Lido（Lido的负载量为70 mg）用于局部麻醉安全可靠。此外，PVP和MNs@Lido在0~800 g/mL浓度范围内均显示出良好的生物相容性（图3）。

图4 MNs@Lido使用后微针孔道的自愈合情况

为验证MNs@Lido在角膜中的机械穿透能力，作者对微针治疗区域周围的眼球组织进行了局部观察，并发现眼球表面形成的不同微针孔通道与微针尺寸大小相匹配。微针插入后5 min内对角膜进行光学相干断层扫描、插入1 h后对角膜组织基质和内皮细胞层分析、插入24h后对角膜组织切片分析，可观察到微针孔通道的显著自愈，对角膜组织未产生明显的不可逆损害（图4）。

图5 MNs@Lido的局部麻醉效果

最后，作者选用大鼠足底切口疼痛模型和家兔角膜反射模型验证MNs@Lido的麻醉效果。结果表明，MNs@Lido使用后在15、30和45 min内阈值显着改善，且麻醉效果可持续 60 min；与单纯载Lido贴片相比，微针的使用可显著提高麻醉功效（图5）。

综上，本研究模拟蚊喙无感知叮咬机理，利用微成型技术成功制备贴合人体眼球结构的凹面可溶性微针体系，用于Lido在眼科麻醉手术中的局部递送。MNs@Lido贴片不仅可有效穿透眼角膜组织溶解释放Lido，还表现出优异生物相容性促进遗留的微针孔道愈合。更重要的是，MNs@Lido贴片具有显著的眼部麻醉效果，且可维持30 min以上，这为眼科疾病的治疗提供了一种快速、无痛的局部麻醉新策略。相关论文以“A Mosquito Proboscis-Inspired Cambered Microneedle Patch for Ophthalmic Regional Anaesthesia”为题，近日发表在《Journal of Advanced Research》上。本工作第一作者为硕士生刘学全，通讯作者为康复大学周祺惠研究员/易兵成副研究员与青岛大学附属医院董河主任。该工作得到山东省青年泰山学者计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、青岛市自然科学基金和烟台开发区科学技术领军项目等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.07.020

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（责任编辑：xu）

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