中國海大孔明教授 Adv. Healthc. Mater.：具有非藥物依賴、毛囊周期調(diào)控和抗菌性能的可分離式微針貼片用于脫發(fā)治療
近年來，脫發(fā)已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的一個普遍問題，F(xiàn)今的脫發(fā)治療方式中，常用藥物如米諾地爾酊和非那雄胺等，具有明顯的副作用，毛囊移植手術(shù)受到供體不足及成活率低等問題，導(dǎo)致脫發(fā)治療效果的不理想。
近期，中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院孔明教授團(tuán)隊通過兩步注模法制備了一種由聚乙烯醇（PVA）針尖和透明質(zhì)酸（HA）基底構(gòu)成的可分離式微針貼片，針尖負(fù)載殼聚糖乳酸鹽（CL）和脂肪干細(xì)胞源性外泌體（EXO）作為非藥物依賴的毛發(fā)生長激活劑。該微針貼片刺入皮膚后，HA基底可通過吸液快速溶解，溶脹性PVA針尖滯留在皮內(nèi)，針尖持續(xù)釋放的EXO可以被真皮乳頭細(xì)胞（DPCs）內(nèi)吞，并通過激活Wnt信號通路促進(jìn)細(xì)胞增殖，而CL釋放的L-乳酸可以通過激活乳酸脫氫酶促進(jìn)細(xì)胞生長。CL和EXO通過調(diào)控毛囊生發(fā)周期，協(xié)同促進(jìn)毛發(fā)再生。在動物試驗中，與局部注射米諾地爾酊相比，非藥物微針貼片治療后激活的毛囊數(shù)量是前者的1.5倍，增殖細(xì)胞數(shù)量是前者的2.5倍，并顯著減低給藥頻次。此外，CL固有的抗菌特性使其可避免潛在的細(xì)菌感染。這種非藥物微針貼片為脫發(fā)治療提供了一種簡單、安全、高效的策略，在臨床應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。該工作以“A Drug-Free, Hair Follicle Cycling Regulatable, Separable, Antibacterial Microneedle Patch for Hair Regeneration Therapy”為題發(fā)表在《Advanced Healthcare Materials》上（Adv. Healthc. Mater. 2022，2200908）。文章第一作者是中國海洋大學(xué)博士生石巖和碩士生趙嘉璇。該研究得到國家自然科學(xué)基金的支持。
圖1. 用于促進(jìn)毛發(fā)再生的復(fù)合微針（(EXO+CL)/MN）的組成、刺皮、針尖分離及治療機制示意圖。將合成的殼聚糖乳酸鹽（CL）（i）和分離獲得的脂肪干細(xì)胞源性外泌體（EXO）（ii）載入針尖，得到(EXO+CL)/MN。微針插入皮膚后，透明質(zhì)酸（HA）基質(zhì)迅速溶解并分離，將聚乙烯醇（PVA）針尖留在皮膚中（iii）。CL釋放的L-乳酸促進(jìn)了真皮乳頭細(xì)胞（DPCs）的乳酸脫氫酶（LDH）活性，EXO上調(diào)了DPCs中β-catenin和MMP-3的表達(dá)，協(xié)同激活毛囊進(jìn)入生長期，促進(jìn)毛發(fā)再生。同時，CL賦予的抗菌作用也可以避免微針滯留引起的潛在細(xì)菌感染。
圖2. 殼聚糖乳酸鹽（CL）和外泌體（EXO）對真皮乳頭細(xì)胞（DPCs）增殖和遷移的影響。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）處理的DPCs的細(xì)胞生長率。B）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）分別培養(yǎng)0、12、24和36小時的細(xì)胞遷移圖像。未處理組作為陰性對照（NC）（比例尺=200μm）。C）對圖2B中劃痕減少面積的定量分析。D）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）處理的DPCs中Ki67的免疫熒光圖像（比例尺=200μm）。E）圖2D中Ki67+細(xì)胞的百分比。
圖3.真皮乳頭細(xì)胞（DPCs）Wnt信號通路的調(diào)節(jié)和乳酸脫氫酶（LDH）活性的上調(diào)。A）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）處理24小時后，通過Western blotting分析DPCs中MMP3和β-catenin的蛋白表達(dá)。B）圖3A中蛋白質(zhì)表達(dá)的定量分析。C）用CL、EXO或CL+EXO處理的DPCs的qRT-PCR分析。D）用1 μg/mL CL處理后DPCs的LDH活性。
圖4. CL和EXO體外促進(jìn)小鼠胡須毛囊的生長。A）毛囊的分離和培養(yǎng)示意圖。B）用1 μg/mL CL、40 μg/mL EXO或CL+EXO（1 μg/mL CL和40 μg/mL EXO）處理的毛囊的代表性顯微照片（比例尺=500μm）。C）對圖4B中生長的毛發(fā)長度進(jìn)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）處理的毛囊中Ki67的代表性免疫熒光圖像（比例尺=100μm）。E）對圖4D中Ki67+細(xì)胞數(shù)量的定量分析。
圖5. 可分離式微針貼片的制備及表征。A）使用注模法制備微針的示意圖。B）微針的代表性數(shù)碼照片和掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。C）微針的代表性激光掃描共聚焦顯微鏡圖像，PVA針尖（紅色）用DiI標(biāo)記，HA基質(zhì)（綠色）用異硫氰酸熒光素（FITC）標(biāo)記（比例尺=500μm）。D）微針在皮膚中滯留的冷凍切片顯微圖像（比例尺=200微米）。E）不同配比的微針體外EXO的釋放。將微針置于模擬體液（SBF）中，在不同時間連續(xù)拍攝代表性的顯微照片（F）（比例尺：500μm）。G）通過微針（(DiI-EXO)/MN）或皮下注射（(DiI-EXO)/S.C.）給藥的DiI標(biāo)記的EXO在體內(nèi)的熒光圖像定量分析。在含有濃度為0.001、0.002、0.003、0.004、0.006、0.008和0.01 mg/mL CL的培養(yǎng)基中培養(yǎng)金黃色葡萄球菌（H）和大腸桿菌（I），懸浮液在620 nm處的吸光度檢測。
圖6. (CL+EXO)/MN治療脫發(fā)的體內(nèi)評估。A）(CL+EXO)/MN治療小鼠的示意圖。B）通過(CL+EXO)/MN、米諾地爾或(CL+EXO)/S.C.給小鼠脫發(fā)模型提供的治療方案。C）用(CL+EXO)/MN、(CL+EXO)/S.C.或米諾地爾治療后小鼠的代表照片。未經(jīng)任何處理的小鼠被設(shè)定為陰性對照（NC）。D）圖6C中毛發(fā)覆蓋面積的定量分析。
圖7. 毛囊再生的H&E染色和免疫熒光分析。A）給藥后第7天和第11天的H&E染色（比例尺=500μm）。圖7A中毛囊直徑（B）和皮膚厚度（C）的定量分析。D）給藥后第7天和第11天的Ki67免疫熒光檢測圖片（比例尺=500μm）。圖7D中對生長期毛囊（E）和Ki67+細(xì)胞（F）數(shù)量的定量分析。
該工作是團(tuán)隊近期關(guān)于生物醫(yī)用材料應(yīng)用研究的最新進(jìn)展之一。這項研究證明了一種非藥物依賴性、毛囊周期調(diào)控和抗菌的可分離式微針貼片的制備策略，它能夠以較低的給藥頻率顯著促進(jìn)毛發(fā)再生。微針貼片能夠在刺入皮膚后短時間實現(xiàn)針尖基底的分離，從而將針尖滯留在皮膚內(nèi)，并通過溶脹性能實現(xiàn)EXO的持續(xù)釋放。在CL和EXO的協(xié)同作用下，促進(jìn)毛囊周期進(jìn)入生長期。此外，微針貼片可以抑制革蘭氏陰/陽性菌的生長，防止?jié)撛诘募?xì)菌感染。該研究構(gòu)建的微針貼片作為一種無痛、自我管理、低劑量、無副作用的脫發(fā)治療方式有望成為脫發(fā)治療的一種有希望的替代療法。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202200908
