中國海大孔明教授 Adv. Healthc. Mater.：具有非藥物依賴、毛囊周期調控和抗菌性能的可分離式微針貼片用于脫發治療
近年來，脫發已經成為世界范圍內的一個普遍問題。現今的脫發治療方式中，常用藥物如米諾地爾酊和非那雄胺等，具有明顯的副作用，毛囊移植手術受到供體不足及成活率低等問題，導致脫發治療效果的不理想。
近期，中國海洋大學海洋生命學院孔明教授團隊通過兩步注模法制備了一種由聚乙烯醇（PVA）針尖和透明質酸（HA）基底構成的可分離式微針貼片，針尖負載殼聚糖乳酸鹽（CL）和脂肪干細胞源性外泌體（EXO）作為非藥物依賴的毛發生長激活劑。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，針尖持續釋放的EXO可以被真皮乳頭細胞（DPCs）內吞，并通過激活Wnt信號通路促進細胞增殖，而CL釋放的L-乳酸可以通過激活乳酸脫氫酶促進細胞生長。CL和EXO通過調控毛囊生發周期，協同促進毛發再生。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量是前者的1.5倍，增殖細胞數量是前者的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菌感染。這種非藥物微針貼片為脫發治療提供了一種簡單、安全、高效的策略，在臨床應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”為題發表在《Advanced Healthcare Materials》上（Adv. Healthc. Mater. 2022，2200908）。文章第一作者是中國海洋大學博士生石巖和碩士生趙嘉璇。該研究得到國家自然科學基金的支持。
圖1. 用于促進毛發再生的復合微針（(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，透明質酸（HA）基質迅速溶解并分離，將聚乙烯醇（PVA）針尖留在皮膚中（iii）。CL釋放的L-乳酸促進了真皮乳頭細胞（DPCs）的乳酸脫氫酶（LDH）活性，EXO上調了DPCs中β-catenin和MMP-3的表達，協同激活毛囊進入生長期，促進毛發再生。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菌感染。
圖2. 殼聚糖乳酸鹽（CL）和外泌體（EXO）對真皮乳頭細胞（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0、12、24和36小時的細胞遷移圖像。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+細胞的百分比。
圖3.真皮乳頭細胞（DPCs）Wnt信號通路的調節和乳酸脫氫酶（LDH）活性的上調。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。B）圖3A中蛋白質表達的定量分析。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體外促進小鼠胡須毛囊的生長。A）毛囊的分離和培養示意圖。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中生長的毛發長度進行定量分析。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+細胞數量的定量分析。
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標記，HA基質（綠色）用異硫氰酸熒光素（FITC）標記（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標記的EXO在體內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的培養基中培養金黃色葡萄球菌（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治療脫發的體內評估。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。未經任何處理的小鼠被設定為陰性對照（NC）。D）圖6C中毛發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+細胞（F）數量的定量分析。
該工作是團隊近期關于生物醫用材料應用研究的最新進展之一。這項研究證明了一種非藥物依賴性、毛囊周期調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毛發再生。微針貼片能夠在刺入皮膚后短時間實現針尖基底的分離，從而將針尖滯留在皮膚內，并通過溶脹性能實現EXO的持續釋放。在CL和EXO的協同作用下，促進毛囊周期進入生長期。此外，微針貼片可以抑制革蘭氏陰/陽性菌的生長，防止潛在的細菌感染。該研究構建的微針貼片作為一種無痛、自我管理、低劑量、無副作用的脫發治療方式有望成為脫發治療的一種有希望的替代療法。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202200908
