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Nano Res.│李舟研究员团队、郑晖教授团队：快速可分离气泡式微针贴片在皮肤美容外科中的有效局部麻醉

作者：Nano Research 2022-08-31

本篇文章版权为李舟课题组所有，未经授权禁止转载。

背景介绍

随着医疗技术的不断进步和个体对美的追求，医疗美容行业逐渐壮大，尤其是轻医美项目备受国人青睐。大多数皮肤美容手术具有一定程度的疼痛，治疗过程中需要适当的镇痛。一些皮肤科手术和整形外科中的医美治疗，包括浅表皮肤手术（如祛痣、赘生物切除、浅表皮肤肿瘤切除等和微创美容手术（如皮肤激光治疗），手术时间短，伤口小而浅，只需局部麻醉即可满足手术镇痛的需求。常用的局部麻醉方式有注射局麻药、喷雾剂、涂抹药膏等。然而，注射给药存在注射痛感强、专业技术要求高和患者依从性差等问题；涂覆给药存在低透皮率、起效较慢和患者就诊时间长等问题。因此，亟需研发一种无痛、快速、经皮给药的局麻镇痛策略。

成果简介

本研究成功开发了一种用于局部麻醉的利多卡因快速分离式气泡微针贴片（Lido/HA bMNP），该可溶微针的针体、背衬层分别由透明质酸（HA）、35wt.%聚乙烯醇（PVA）构成。研究者在针体与背衬层之间设计了气泡结构，通过调节HA基质材料的抽真空时间控制气泡的位置和大小。同时，利用HA与PVA不同的吸水性能，当利多卡因气泡微针刺入皮肤后，在较弱的剪切力作用下，针体与背衬层发生快速分离，可于15s内完成药物释放。另外，通过针尖和基质材料载药、反复包覆药液与真空处理等方法，研究者提高了该微针的载药能力，使利多卡因载药量可达107 μg。研究者通过建立经典的急性痛动物模型——Brennan’s足底切口模型，评价了该微针的镇痛有效性。结果显示，Lido/HA bMNP组的大鼠机械痛阈值显著升高，作用后30分钟达到镇痛峰值，可镇痛效果持续1小时。

因此，本研究设计的利多卡因气泡式可溶微针可实现快速、短效的局部镇痛作用，具有使用便捷、起效较快、生物安全性高、镇痛效果佳、镇痛时长合理等优势，可为皮肤美容外科治疗患者的疼痛管理提供舒适化的新策略。

图文导读

图1 Lido/HA bMNP的设计。（a）右图，Lido/HA bMNP的结构设计示意图；左图，Lido/HA bMNP经皮给药的过程。（b）Lido/HA bMNP应用于去除痣和修饰眼部皮肤等医疗美容手术镇痛。

图2. Lido/HA bMNP的表征。（a）Lido/HA bMNP制备工艺示意图。（b）放于手指的Lido/HA bMNP。（c）Lido/HA bMNP的SEM图。(d) Lido/HA bMNP亮场显微镜图像。圆圈标识为气泡结构。（e）气泡位置不同的Lido/HA bMNP亮场显微图像。（f）气泡位置不同的Lido/HA bMNP的力-位移曲线。（g）气泡大小不同的Lido/HA bMNP亮场显微图像。（h）气泡大小不同的Lido/HA bMNP的水平力-位移曲线。（插图）施加剪切力后，无气泡MNs（左）和有气泡MNs（右）的亮场显微图像。

图3. 体内外给药。（a）Lido/HA bMNP的亮场显微图像。Lido/HA bMNP刺入和给药后的猪皮的亮场显微图像（b）、荧光显微图像（c）。（d）给药后Lido/HA bMNP背衬层的亮场显微镜图像。（e）不同药物浓度制备的Lido/HA bMNP的载药量。（f）不同药物浓度制备的Lido/HA bMNP的力-位移曲线。（g）不同药物含量的HA基质材料制备的Lido/HA bMNP的载药量。（h）不同药物含量的HA基质材料制备的Lido/HA bMNP的力-位移曲线。（i）Lido/HA bMNP作用于Parafilm膜后产生的孔。（j）Lido/HA bMNP的皮肤刺入率。（k，l）Lido/HA bMNP和Lido/HA HP在皮肤给药区不同时间点的荧光图像和荧光强度。

图4.安全性评价。（a）不同浓度利多卡因孵育的L929细胞荧光图像。（b）不同浓度的利多卡因孵育的L929细胞相对活性。（c）L929细胞经Lido、PVA、HA和Lido/HA bMNs孵育后的荧光图像。（d-f）L929细胞在不同浓度的PVA、HA和Lido/HA bMNs孵育下的相对活性。

图5. Lido/HA bMNP的体内镇痛作用。（a）Lido/HA bMNP用于Brennan’s 足底切口模型镇痛的示意图。（b）构建的Brennan’s大鼠足底切口模型。（i）切口前准备。（ii）从足跟近端0.5 cm处纵向切开1 cm。抬高趾肌，纵向钝性分离。（iii，iv）切口皮肤用4-0尼龙缝线缝合两针。（c）大鼠足底给予Lido/HA bMNP。（d）在不同时间点，采用Von Frey纤维丝测试Black组、HA bMNP组、Lido HP组和Lido/HA bMNP组大鼠的机械痛阈值。（e）与造模前基线相比，各组大鼠机械性疼痛阈值的变化。（f）Lido HP和Lido/HA bMNP治疗后15、30、45、60 min内大鼠机械痛阈的变化。

作者简介

李舟，研究员，博导，国家杰青，中科院北京纳米能源与系统研究所所长助理，中国科学院大学纳米科学与技术学院纳米能源教研室主任。荣获国家杰出青年基金、北京市杰出青年基金、国家万人计划青年拔尖、教育部新世纪、北京市高创计划和北京市科技新星等项目支持。李舟课题组主要从事生物电子器件、植入/穿戴的电子医疗器件、生物传感器、可降解器件、细胞生物力学的研究。已在Nature Reviews Cardiology，Nature Communications、Science Advances等期刊上已发表论文170余篇（总影响因子＞1800），影响因子大于10的第一/通讯作者论文80余篇。荣获北京市科学技术二等奖（第一完成人）、国际医学与生物工程联合会（IFMBE）青年科学家奖等。担任学术期刊Smart Materials in Medicine和Nano Select的副主编、Science Bulletin等多个期刊的编委。荣获新曦颠覆式技术创新基金第一批资助，承担国家重点研发计划、国防科技创新特区项目、国家自然科学基金、北京市重点项目、北京市自然科学基金和华为技术合作项目等30多项基金课题。课题组主页：www.nanobiolab.cn。

郑晖，国家癌症中心北京协和医学院中国医学科学院肿瘤医院麻醉科主任、主任医师、教授、博导、博士后导师。担任中国抗癌协会肿瘤麻醉与镇痛专业委员会常委，中国心胸血管麻醉学会围术期感控分会副主委，北京肿瘤学会麻醉学专业委员会主任委员，中国医师协会结直肠肿瘤专业委员会常委，中国医师协会结直肠肿瘤专业委员会围手术期专委会主任委员，中华医学会麻醉学分会肿瘤麻醉学组学术秘书，北京肿瘤学会理事，中华麻醉学杂志通讯编委，国家自然科学基金评审专家等。郑晖教授课题组长期致力于麻醉与神经发育、麻醉与认知功能障碍、麻醉与肿瘤预后、急慢性疼痛治疗及相关临床转化研究。主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京协和医学院及院所相关基金等多项科研项目。以第一作者或通讯作者发表在Anesthesiology，Journal of Clinical Anesthesia，Advanced Functional Materials，Advanced Science，Materials Science and Engineering: C等杂志数篇高水平学术论文。课题组长期招聘博士后研究人员，也欢迎博士研究生报考。

文章信息

Y. Yang, H. Chu, Y. Zhang, et al. Rapidly separable bubble microneedle patch for effective local anesthesia. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4508-y.