（配图版权为此文作者团队）
近年来，心血管疾病（CVDs）和代谢性疾病（MDs）的发病率和死亡率上升，给社会和医疗系统带来了巨大负担和挑战。因此，监测和治疗这两种类型的疾病已成为关键的公共卫生任务。CVDs广义上指与血管和心脏相关的疾病，如心肌病、冠状动脉心脏病、心脏瓣膜病、冠状动脉粥样硬化和内膜增生，也称为循环系统疾病。这些疾病通常由其他疾病、不健康的生活方式和环境及遗传因素的组合引起。如果病情严重，可能对患者的生命构成威胁。内分泌MDs指与内分泌器官中的激素失衡相关的疾病，主要是糖尿病、痛风、骨质疏松症和肥胖症。这些疾病通常与多种因素有关，如遗传缺陷、不健康的生活方式、环境因素和不适当的医疗治疗。MDs相互影响并可能共存，这可能增加残疾和死亡的风险。CVDs和MDs有许多共享的风险因素和相互联系；由于它们的关联，治疗这两种类型的疾病需要一种综合方法。然而，目前用于监测和治疗这两类疾病的医疗器械存在体积庞大、难以携带、患者接受度和依从性低等诸多问题。
微针（MNs）作为一种新兴的诊断和治疗技术，其应用逐渐成为医学研究的热点，为上述问题提供了全新的解决方式。MNs由一系列微米级的针附着在基板上组成，可以像创可贴一样贴在皮肤上。药物可以通过MNs穿透皮肤角质层，直接进入体液循环。此外，通过微米级的针进行非侵入性提取体液也可以监测血糖、尿酸等指标。在监测CVDs和MDs时，MNs可以通过检测生物标志物并提供及时警告来跟踪患者的疾病进展和变化，以预防相关疾病。MNs的监测技术具有可穿戴性、微创性、便利性和直观性的优点，在社区卫生保健、家庭健康监测和户外医疗救援等各种环境中显示出显著的应用前景。与传统监测相比，它简化了操作过程，缩短了等待时间，减轻了患者的心理压力，并提高了用户体验。此外，在治疗CVDs和MDs时，MNs通过在生物组织上创建微通道，显著增强了组织对小分子和大分子药物的经皮吸收能力。这种新兴治疗技术的优势在于能够实现精确的剂量控制，有效防止由不当剂量引起的潜在毒性风险。它不仅摒弃了传统注射方法的不便，还确保药物直接有效作用于目标区域，实现原位治疗，大大提高了药物的生物利用度。
2024年7月30日，中国医学科学院阜外医院黄源医师、北京化工大学庄俭副教授合作以“Cutting-Edge microneedle innovations: Transforming the landscape of Cardiovascular and Metabolic Disease Management”为题在国际知名杂志iScience发表综述文章，他们系统概述了微针用于疾病监测与疾病治疗的原理及方式，聚焦于心肌类疾病、血管类疾病、以及糖尿病和痛风等代谢性疾病几个典型的应用场景，系统总结了微针在治疗和监测CVDs和MDs的最新研究进展，并给出了微针之于CVDs和MDs临床应用这一医工交叉领域的挑战和发展方向。
图1. 微针用于心血管与代谢疾病的监测与诊断
微针在心血管疾病监测中的应用
目前，关于使用微针进行心血管疾病监测的研究仍然相对有限，这是由于微针技术的利用不足和推广有限，加上心血管疾病监测本身所固有的挑战。为了满足心脏病患者长期心电图信号监测的需求，Satti等人设计了一种刚性的聚苯胺-N-氧化物涂层微针电极阵列。这一创新使得长期心电图信号监测成为可能，具有低接触阻抗和更稳定的生物电位，性能优于传统的银-氯化银电极。医生可以通过接收微针电极的输出信号，及时准确地诊断心律失常。此外，这种微针电极适用于长期监测，不影响心电图信号质量。随着微针的开发和应用逐渐普及，以及对心血管疾病监测的需求不断增加，微针在心血管疾病监测方面的研究将会增加。微针在这一领域仍有改进空间，可以通过与其他医疗技术结合，通过各种技术手段和方法实现更准确、全面和高效的心血管疾病监测目标。
微针（MNs）在心血管疾病治疗中的应用
微针可以方便地附着在血管上而不损伤血管，并可以根据聚合物的溶解实现缓慢和持续的药物释放，减少治疗频率，维持稳定的血药浓度，从而缩短治疗周期，减轻各种副作用，为冠状动脉粥样硬化、心血管疾病内膜增生以及其他血管疾病的治疗提供了希望。微针技术在血管疾病治疗中的成功应用揭示了其在其他疾病治疗中的潜力。微针可以方便地固定在目标组织上而不造成损伤，并通过聚合物溶解实现缓慢和持续的药物释放，减少治疗频率，维持稳定的药物浓度，缩短治疗周期，减少副作用。这些优势使微针在慢性疾病、皮肤病、肿瘤等治疗中具有广阔的应用前景，可以显著提高药物输送效率和治疗效果，同时增强患者的依从性（图3、4）。
微针在监测和治疗代谢性疾病（MDs）中的应用
代谢性疾病是现代医疗实践中的一个挑战，包括糖尿病、痛风、骨质疏松症和肥胖症等多种疾病。监测这些疾病涉及到生物标志物检测，这是一个关键但要求高的过程，通常需要频繁地从患者那里收集样本，一些方法可能对患者健康构成潜在伤害。传统的MDs治疗通常包括饮食控制、锻炼，必要时进行手术。尽管传统治疗在一定程度上可以改善MDs，但它们通常受到疗效不佳和显著副作用风险的限制。
图7. 微针在其他代谢性疾病治疗中的应用
结论与展望
微针在监测和治疗心血管疾病和代谢性疾病方面取得了快速进展。作为一种创新的疾病监测方式，微针提供了两个好处：减轻患者的不适和提高监测的舒适度，同时克服了传统检测方法的不足，从而提高了监测的精确度和灵敏度。作为一种新型的药物输送方法，微针增强了药物的生物利用度，实现了靶向药物输送，并减少了与系统治疗相关的副作用，与传统的注射和口服摄入方法形成对比。然而，在微针实际应用于心血管疾病和代谢性疾病的临床治疗之前，仍有许多困难需要克服。首先，需要克服提高微针贴片的药物携带能力和药物的经皮效率的困难，以提高治疗效果。其次，需要关注微针制造材料的生物相容性和安全性，实时跟踪微针贴片作用后体内可能发生的炎症和免疫反应，并及时找到有效的对策。此外，在临床应用之前，相关技术必须经过严格的临床试验，以确定其安全性和有效性，并获得监管批准。
图8. 微针的未来发展方向
原文链接https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(24)01840-6
【作者简介】
黄源，通讯作者，中国医学科学院阜外医院心脏外科医师。主要研究方向为心血管疾病相关的肠道菌群研究、医工结合及人工智能研究、心衰及肺动脉高压研究、心血管疾病负担研究等。以通讯/第一作者在The innovation、iMeta（Cover Story）、Microbiome、Research、Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology (Cover Story)、iScience（Cover Story）等国际知名杂志发表多篇高水平SCI论文，其中封面文章3篇，单篇最高IF 33.2，累计影响因子IF＞180+。同时担任iMeta执行副主编、National Science Review编委、The innovation青年编委、Research青年编委、Genomics, Proteomics & Bioinformatics青年编委等。担任Nature Medicine、Nature Electronics、The Innovation、Advanced Materials、Intensive Care Medicine、National Science Review、Med等国际知名杂志特邀审稿人，北京科技人才研究会会员，主持国家自然科学基金1项，主持中央高水平医院临床科研业务费基金1项。
庄俭，女，北京化工大学机电工程学院塑料机械及塑料工程研究所副教授。主要从事高分子材料微纳制造、聚合物药物递送微针迭代设计、制备及其应用、高分子材料成型装备及其数字孪生。主持国家重点研发计划子课题，国家自然科学基金项目等项目，参与了“十一五”国家科技支撑项目、北京市自然基金、企业横向等项目。发表专著2部，授权发明专利10余项，学术论文50余篇，其中SCI或EI检索论文20余篇。
