这是一项关于用于黑色素瘤光热/化疗联合治疗及伤口修复的可降解双层复合微针的原创性研究。该研究由四川大学华西口腔医院口腔疾病研究国家重点实验室的Jinfeng Liao（廖金凤）课题组完成，第一作者为Yue Shan和Bowen Tan（共同第一作者）。论文于2022年发表于Journal of Nanobiotechnology，文章标题为“Restorative biodegradable two-layered hybrid microneedles for melanoma photothermal/chemo co-therapy and wound healing”，DOI为10.1186/s12951-022-01426-5。
研究背景方面，皮肤是人体最大的器官，承担着重要的屏障防御功能。黑色素瘤起源于黑色素细胞，是最具侵袭性的皮肤肿瘤之一，具有局部侵袭、早期转移、易复发和高致死率等特点。临床常用的手术切除虽然运用广泛，但复发风险高，且大面积切除会造成严重的皮肤缺损，影响创面愈合。传统化疗/放疗对黑色素瘤效果有限且副作用大，光动力疗法（photodynamic therapy, PDT）又受限于色素性病变的光穿透深度不足。因此，亟需一种既能有效清除黑色素瘤又能促进皮肤再生的综合治疗策略。基于此，作者设计了一种由可溶解微针与可生物降解背衬层组成的双层微针平台，将化学治疗与光热治疗（photothermal therapy, PTT）整合，同时兼顾创面修复功能。微针作为经皮给药系统，具有安全、无痛、操作简便等优点，透明质酸（hyaluronic acid, HA）因其优良的机械性能、水溶性、生物相容性和可降解性而被选作微针基质材料。光热剂选用新型吲哚菁绿（new indocyanine green, IR820），其光热转换效率高且稳定性优于吲哚菁绿；化疗药物选用姜黄素（curcumin, Cur），并制备成无载体姜黄素纳米药物（curcumin nanodrugs, Cur NDs）以克服其水溶性差和生物利用度低的问题。背衬层由海藻酸钠/明胶/透明质酸（sodium alginate/gelatin/hyaluronic acid, SA/GE/HA）组成，用于覆盖创面并促进内皮细胞和成纤维细胞增殖，加速皮肤再生。
研究的整体工作流程可分为材料制备与表征、体外实验和体内动物实验三大部分。在材料制备部分，作者首先通过再沉淀法合成了Cur NDs，其平均水合直径为149.4 nm，多分散指数为0.174。然后采用两步浇铸法制备双层微针：将HA水溶液与Cur NDs及IR820溶液混合后加入聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）模具中干燥形成针尖部分，再在其上浇铸SA/GE/HA溶液并经钙离子交联形成背衬层。微针贴片包含400（20×20）个金字塔形微针，针体高度为540 μm，针尖间距为700 μm。扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）显示背衬层具有平均孔径为204±76 μm的多孔互连结构。在表征实验方面，作者通过离体猪皮插入实验考察微针的溶解特性，结果显示微针在15分钟内约溶解3/4，30分钟仅剩底部，45分钟内完全溶解。机械强度测试中，微针在10 g至500 g压力下发生弯曲但未断裂，表明其力学性能足以刺穿角质层。体外皮肤插入实验利用裸鼠皮肤进行，台盼蓝染色和苏木精-伊红（hematoxylin and eosin, H&E）染色证实微针可完全穿透角质层。光热性能测试表明，含IR820的微针在808 nm近红外光（0.75 W/cm²）照射下30秒内温度迅速升至50℃，而不含IR820的微针温度基本保持不变。细胞相容性实验显示，HA以及SA/GE/HA背衬层材料均无显著细胞毒性。体外抗癌实验中，活/死染色和细胞计数试剂盒-8（cell counting kit-8, CCK-8）实验结果表明，Cur NDs/IR820/HA微针联合激光照射组的B16F10黑色素瘤细胞存活率最低，24小时细胞存活率为2.67%，48小时细胞活力降至12.3%，显示出化疗与光热治疗的协同抗癌效果。
体内实验包括动物抗肿瘤实验和皮肤修复实验两部分。抗肿瘤实验采用B16F10荷瘤C57BL/6小鼠模型，将小鼠随机分为6组：对照组（G1）、HA微针组（G2）、Cur NDs/HA微针组（G3）、Cur NDs/IR820/HA微针组（G4）、IR820微针+激光组（G5）和Cur NDs/IR820/HA微针+激光组（G6）。近红外热成像显示G5和G6组肿瘤部位温度在照射后迅速上升至约50℃。经过14天观察，G6组肿瘤体积和肿瘤重量最小，肿瘤抑制效果最佳，且小鼠体重保持稳定，而G1-G4组小鼠因肿瘤过度生长在后期体重急剧下降。Ki67染色显示G6组肿瘤细胞增殖显著受抑。主要器官（心、肝、脾、肺、肾）的H&E染色未发现明显毒性或损伤，且G5和G6组肺转移明显减少。皮肤修复实验采用SD大鼠全层皮肤缺损模型，将大鼠随机分为对照组、HA微针组和Cur NDs/IR820/HA微针组。结果显示，Cur NDs/IR820/HA微针组在第7天和第14天的相对创面面积最小，创面闭合最快。H&E染色显示该组炎症细胞浸润少于其他组，表皮层更厚，且第14天时可见毛囊等皮肤附属器形成。Masson染色表明该组胶原沉积量更高，胶原纤维排列更紧密有序。
这项研究的结论表明，该双层微针系统能够同时实现黑色素瘤的化疗-光热协同治疗和创面愈合促进。其主要优势包括：微针系统制备相对简单、使用方便且无创；光热/化疗联合治疗能够高效控制肿瘤进展；姜黄素纳米药物不仅能抑制黑色素瘤细胞生长，还具有抗炎和促进皮肤再生的作用；SA/GE/HA背衬层生物相容性良好，可促进创面愈合。该研究为解决黑色素瘤治疗中肿瘤清除与皮肤修复难以兼顾的临床困境提供了一种具有竞争力的新策略。
该研究的亮点主要体现在以下几个方面：第一，构建了一种集治疗与修复功能于一体的双层微针平台，通过可溶解针尖实现局部药物递送，通过可降解背衬层实现创面覆盖和促愈合，两个功能层协同发挥作用。第二，采用无载体姜黄素纳米药物与IR820联合，实现了化疗与光热治疗的协同增效，提高了抗肿瘤效率。第三，利用微针的局部递送优势，将水溶性光热剂IR820局限于肿瘤部位，避免全身扩散，减少用量和副作用。第四，背衬层选用海藻酸钠、明胶和透明质酸等天然聚合物，这些材料在组织工程领域尤其是皮肤再生应用中已经得到广泛认可，其多孔结构有利于营养输送和细胞生长。第五，体内实验既验证了抗肿瘤效果，也验证了皮肤修复效果，同时评估了主要器官的安全性，研究体系较为完整。该研究为黑色素瘤的综合治疗提供了新的思路，也为微针技术在皮肤肿瘤领域的应用拓展了方向。