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康復大學周祺惠/易兵成 J. Adv. Res.：模擬蚊喙無感知叮咬機理開發出凹面微針貼片用于眼部麻醉

2024-08-24 來源：高分子科技

局部麻醉在眼科手術中應用廣泛，主要依賴于麻藥與神經細胞膜上鈉離子通道的結合，阻斷神經電信號傳導。傳統眼部麻醉方式以針阻滯技術為主，包括球后麻醉和球周麻醉。然而，針阻滯技術不僅存在針頭錯位、眼球意外穿孔和破裂、眼外肌損傷、及麻藥易擴散至眼球蛛網膜等風險，其長針結構和疼痛伴隨還會引起患者焦慮和內心恐懼。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的發展方向。

自然界存在這么一種現象，當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，康復大學周祺惠研究員/易兵成副研究員開發了一種貼合人體眼球結構的凹面可溶性載藥（利多卡因）微針體系（MNs@Lido），以模擬蚊喙無感知叮咬機理實現利多卡因的眼部麻醉效果（圖1）。

圖1 受蚊喙結構啟示的凹面可溶性載藥微針設計示意圖

圖2 MNs@Lido的物理特性和組織可穿透能力

鑒于透明質酸（HA，眼液和角膜重要組成部分）可調節傷口愈合進程，本研究選用HA和聚乙烯吡咯烷酮（PVP，FDA批準）混合材料體系負載利多卡因（Lido），并將其設計弧形以適應眼球形狀。為增強微針的可穿透能力，將微針單體設計成四叉錐體結構，以同心圓圖案方式排列在微針內部。為保證微針有效地穿透到角膜層，每個微針均設計成高度500 μm，基部寬度275 μm。將制備的MNs@Lido按壓兔眼球25秒時，可觀察到微針的明顯溶解，并伴有超過75%的Lido累積釋放。此外，在針孔周圍區域也觀察到HA溶解并均勻得分散到組織中，可確保Lido在角膜組織中的有效釋放（圖2）。

圖3 MNs@Lido生物相容性評估

針對微針成分（包括Lido、HA、PVP和MNs@Lido）的生物相容性，作者發現高濃度Lido會影響細胞活力。鑒于臨床Lido靜脈內劑量是1mg/kg，可以推測MNs@Lido（Lido的負載量為70 mg）用于局部麻醉安全可靠。此外，PVP和MNs@Lido在0~800 g/mL濃度范圍內均顯示出良好的生物相容性（圖3）。

圖4 MNs@Lido使用后微針孔道的自愈合情況

為驗證MNs@Lido在角膜中的機械穿透能力，作者對微針治療區域周圍的眼球組織進行了局部觀察，并發現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內對角膜進行光學相干斷層掃描、插入1 h后對角膜組織基質和內皮細胞層分析、插入24h后對角膜組織切片分析，可觀察到微針孔通道的顯著自愈，對角膜組織未產生明顯的不可逆損害（圖4）。

圖5 MNs@Lido的局部麻醉效果

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的麻醉效果。結果表明，MNs@Lido使用后在15、30和45 min內閾值顯著改善，且麻醉效果可持續 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（圖5）。

綜上，本研究模擬蚊喙無感知叮咬機理，利用微成型技術成功制備貼合人體眼球結構的凹面可溶性微針體系，用于Lido在眼科麻醉手術中的局部遞送。MNs@Lido貼片不僅可有效穿透眼角膜組織溶解釋放Lido，還表現出優異生物相容性促進遺留的微針孔道愈合。更重要的是，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。相關論文以“A Mosquito Proboscis-Inspired Cambered Microneedle Patch for Ophthalmic Regional Anaesthesia”為題，近日發表在《Journal of Advanced Research》上。本工作第一作者為碩士生劉學全，通訊作者為康復大學周祺惠研究員/易兵成副研究員與青島大學附屬醫院董河主任。該工作得到山東省青年泰山學者計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、青島市自然科學基金和煙臺開發區科學技術領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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（責任編輯：xu）

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