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康復(fù)大學(xué)周祺惠/易兵成 J. Adv. Res.:模擬蚊喙無感知叮咬機(jī)理開發(fā)出凹面微針貼片用于眼部麻醉
2024-08-24  來源:高分子科技
關(guān)鍵詞:仿生 微針貼片 眼部麻醉

  局部麻醉在眼科手術(shù)中應(yīng)用廣泛,主要依賴于麻藥與神經(jīng)細(xì)胞膜上鈉離子通道的結(jié)合,阻斷神經(jīng)電信號傳導(dǎo)。傳統(tǒng)眼部麻醉方式以針阻滯技術(shù)為主,包括球后麻醉和球周麻醉。然而,針阻滯技術(shù)不僅存在針頭錯位、眼球意外穿孔和破裂、眼外肌損傷、及麻藥易擴(kuò)散至眼球蛛網(wǎng)膜等風(fēng)險,其長針結(jié)構(gòu)和疼痛伴隨還會引起患者焦慮和內(nèi)心恐懼。因此,尋找安全、簡便、無痛的局部麻醉新策略是眼科臨床手術(shù)的發(fā)展方向。


  自然界存在這么一種現(xiàn)象,當(dāng)蚊子咬人時會利用其口器刺穿人體皮膚吸取血液,同時分泌一種特殊麻醉劑來減輕或消除叮咬部位疼痛感。受此啟示,康復(fù)大學(xué)周祺惠研究員/易兵成副研究員開發(fā)了一種貼合人體眼球結(jié)構(gòu)的凹面可溶性載藥(利多卡因)微針體系MNs@Lido),以模擬蚊喙無感知叮咬機(jī)理實現(xiàn)利多卡因的眼部麻醉效果1)。


受蚊喙結(jié)構(gòu)啟示的凹面可溶性載藥微針設(shè)計示意圖


2 MNs@Lido物理特性組織可穿透能力


  鑒于透明質(zhì)酸HA,眼液和角膜重要組成部分)可調(diào)節(jié)傷口愈合進(jìn)程,本研究選HA和聚乙烯吡咯烷酮(PVP,FDA批準(zhǔn))混合材料體系負(fù)載利多卡因Lido),并將其設(shè)計弧形適應(yīng)眼球形狀。為增強(qiáng)微針的可穿透能力,將微針單體設(shè)計成四叉錐體結(jié)構(gòu),以同心圓圖案方式排列在微針內(nèi)部。為保證微針有效地穿透角膜層,每個微針設(shè)計高度500 μm,基部寬度275 μm。將制備的MNs@Lido按壓兔眼球25秒時,觀察到微針明顯溶解,并伴有超過75%Lido累積釋放。此外,在針孔周圍區(qū)域觀察到HA溶解并均勻得分散到組織中確保Lido在角膜組織中的有效釋放(2。


3 MNs@Lido生物相容性評估


  針對微針成分(包括Lido、HA、PVPMNs@Lido)的生物相容性,作者發(fā)現(xiàn)高濃度Lido影響細(xì)胞活力。鑒于臨床Lido靜脈內(nèi)劑量1mg/kg,可以推測MNs@LidoLido的負(fù)載量為70 mg用于局部麻醉安全可靠。此外,PVPMNs@Lido0~800 g/mL濃度范圍內(nèi)均顯示出良好的生物相容性3


4 MNs@Lido使用后微針孔道的自愈合情況


  為驗證MNs@Lido在角膜中的機(jī)械穿透能力,作者對微針治療區(qū)域周圍的眼球組織進(jìn)行了局部觀察,并發(fā)現(xiàn)眼球表面形成的不同微針孔通道與微針尺寸大小相匹配。微針插入后5 min內(nèi)對角膜進(jìn)行光學(xué)相干斷層掃描、插入h后對角膜組織基質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞層分析、插入24h后對角膜組織切片分析,觀察到微針孔通道的顯著自愈,對角膜組織未產(chǎn)生明顯的不可逆損害4。


5 MNs@Lido局部麻醉效果


  最后,作者選用大鼠足底切口疼痛模型和家兔角膜反射模型驗證MNs@Lido麻醉效果。結(jié)果表明,MNs@Lido使用后在15、3045 min內(nèi)閾值顯著改善,且麻醉效果可持續(xù) 60 min;與單純載Lido貼片相比,微針的使用可顯著提高麻醉功效(5。


  綜上,本研究模擬蚊喙無感知叮咬機(jī)理,利用微成型技術(shù)成功制備貼合人體眼球結(jié)構(gòu)的凹面可溶性微針體系,用于Lido在眼科麻醉手術(shù)中的局部遞送。MNs@Lido貼片不僅可有效穿透眼角膜組織溶解釋放Lido,還表現(xiàn)出優(yōu)異生物相容性促進(jìn)遺留的微針孔道愈合。重要的是,MNs@Lido貼片具有顯著的眼部麻醉效果且可維持30 min以上,這為眼科疾病的治療提供了一種快速、無痛的局部麻醉新策略。相關(guān)論文“A Mosquito Proboscis-Inspired Cambered Microneedle Patch for Ophthalmic Regional Anaesthesia”為題,近日發(fā)表在《Journal of Advanced Research》上。本工作第一作者為碩士生劉學(xué)全,通訊作者為康復(fù)大學(xué)周祺惠研究員/易兵成副研究員與青島大學(xué)附屬醫(yī)院董河主任。該工作得到山東省青年泰山學(xué)者計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、青島市自然科學(xué)基金和煙臺開發(fā)區(qū)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)軍項目等項目的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.07.020

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