英文原题：Stimulus-Responsive Nanoparticles-Integrated Dissolving Microneedles for Synergetic Chemo-Photothermal Therapy of Superficial Skin Tumors
通讯作者：褚良银，巨晓洁，四川大学化学工程学院
作者：Xing-Qun Pu (蒲兴群), Xiao-Jie Ju (巨晓洁), Wen-Ying Liu (刘文英), Yu-Qiong Liu (刘玉琼), Xin-Jiao Li (李新娇), Yao Li (李瑶), Rui Xie (谢锐), Wei Wang (汪伟), Zhuang Liu (刘壮), Liang-Yin Chu (褚良银)
浅表皮恶性肿瘤（如鳞状细胞癌、基底细胞癌和恶性黑色素瘤）是人类常见的恶性肿瘤，其发病率和死亡率在全球范围内呈上升趋势，严重威胁着人类的生命。在浅表皮恶性肿瘤的诸多治疗手段中，手术切除是首选的治疗策略；但是，手术切除会对机体造成较大的创伤，创口恢复时间较长，并且时常存在肿瘤组织不能被完全切除的情况，复发风险较高。化疗作为经典的抗肿瘤方法之一，是辅助或者替代手术切除治疗浅表皮恶性肿瘤的有效方法。然而，单一化疗的严重毒副作用和多药耐药等问题，导致治疗效果仍不够理想。相比于单一化疗，化疗和光热治疗的联合策略可以在较低的药物剂量下获得更好的抗肿瘤效果，同时降低毒副作用，在浅表皮恶性肿瘤治疗中表现出巨大的潜力。为了实现化疗和光热联合治疗，通常需要将化疗药物和光热剂同时精确地送达至肿瘤部位。目前，主要的给药途径是静脉注射（全身给药）和瘤内注射（局部给药）。静脉注射这种系统给药方式往往需要较高的给药剂量才能达到肿瘤的治疗剂量，很可能给机体带来严重的毒副作用；瘤内注射虽然可以相对减少给药剂量，但是由于瘤内较小的容纳空间，药物会渗透到邻近的正常组织，导致瘤内药物的流失并产生副作用。另外，这两种方式都需要多次和频繁的注射才能达到治疗效果，给患者带来极大痛苦。微针是尺寸在微米尺度上的针阵列，因具有安全、方便、微创和无痛等特点，已经被广泛应用于经皮给药。其可以有效穿透皮肤角质层，将药物直接送达至浅表皮恶性肿瘤部位，有望实现高效低毒的治疗效果。因此，开发联合化疗和光热治疗的微针给药系统，对实现浅表皮恶性肿瘤安全、微创、高效治疗，具有十分重要的意义。
目前，已经开发了多种联合化疗与光热治疗的微针给药系统。根据微针种类的不同，可分为不溶性微针和可溶性微针。相变微针是一种典型的不溶性微针，由不溶性相变材料通过热压印法或浇注法制备而成，热压印法制备相变微针需要高温或高压等苛刻的条件，对负载药物的生物活性有一定的影响，浇注法制备相变微针则需要使用有机溶剂，导致微针的生物相容性较差。可溶性微针是以水溶性材料为基材包载化疗药物和光热剂。这类微针可以在皮肤中自溶解，快速有效的释放包载的药物和光热剂，具有给药精确、生物相容性好等优点。目前，研究者们通过将化疗药物和光热剂喷涂在微针表面、直接负载在微针内部或者先包埋在纳米颗粒中再负载于微针内部等方式，构建联合化疗和光热治疗的可溶性微针系统；但是，这类微针存在结构不稳定、或者药物释放速率不可控等问题。因此，开发结构稳定且药物释放速率可调节的联合化疗与光热治疗的可溶性微针给药系统仍存在挑战。
近日，四川大学化学工程学院褚良银教授研究团队报道了一种集成刺激响应型纳米颗粒的可溶性微针给药系统，用于浅表皮肿瘤的化疗与光热协同治疗。刺激响应型纳米颗粒（PNA-DOX@PDA-DOX）由负载阿霉素（DOX）的聚（N-异丙基丙烯酰胺-共聚-丙烯酸）（PNA）纳米凝胶核和负载DOX的聚多巴胺（PDA）壳层组成。其中，PNA具有温度和pH双重响应特性，PDA具有优异的光热转化特性。以水溶性和生物相容性良好的透明质酸（HA）为微针基材，通过简单的两步浇注法制备集成PNA-DOX@PDA-DOX纳米颗粒的可溶性微针（PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs）。当微针插入皮下肿瘤组织后，由于皮肤间质液的作用，载药纳米颗粒可随着微针的溶解快速聚集于肿瘤部位。在近红外光照射下，载药纳米颗粒表面的PDA涂层可将NIR转化为热量，引起纳米载体温度的升高，升高的温度不仅破坏了纳米凝胶网络中酰胺基团与水分子之间的氢键作用，引起纳米颗粒体积的收缩；而且破坏了PDA涂层与DOX之间的π-π共轭作用，这两方面因素共同促进了化疗药物的快速释放。此外，升高的温度还可以诱导肿瘤细胞凋亡，并且增加细胞膜通透性，增强肿瘤细胞对抗肿瘤药物的吸收，最终实现化疗与光热协同治疗浅表皮肿瘤的作用。
从微针的扫描电镜图、光学图和激光共聚焦图可以看出（图1），该微针由10×10整齐排列的四棱锥组成，微针的整体形貌结构良好，微针的大小和高度均一，针尖尖锐；同时，载药微针的药物主要分布于微针针尖，这种结构有利于提高药物的递送效率。PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs具有优异的光热转化特性和光稳定性（图2），在近红外光照射下，微针可有效地将光能转化为热量，表明该微针适用于浅表皮肿瘤的光热治疗。
图1. 微针的形貌表征。（a）扫描电镜图：俯视图（a1）和侧视图（a2-a4）；（b-d）光学图：空白DMNs（b1-d1）、DOX@DMNs（b2-d2）、PNA-DOX@DMNs（b3-d3）、PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs（b4-d4）；（e）激光共聚焦图：俯视图（e1, e2）和侧视图（e3, e4）。标尺为200 μm
图2. 微针的光热转化性能。（a, b）空白DMNs（Ⅰ）、PNA-DOX@DMNs（Ⅱ）和PNA-DOX@PDA-DOX@DMNS （Ⅲ）在近红外光照射下的红外热成像图（a）、光热曲线图（b）；（c）DOX@PDA-DOX@DMNs在不同功率密度的近红外光照射下的光热曲线图；（d）含有不同浓度PNA-DOX@PDA-DOX纳米颗粒的浇注液制备的PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs的光热曲线图；（e）PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs在近红外光照射5个开/关循环下的光热曲线图
该微针具有足够的机械强度，能够有效地穿透皮肤角质层，皮肤刺入率为100%，穿透深度约为200 μm（图3a和3b）；载药微针刺入皮肤后能快速的溶解并释放载药纳米颗粒，刺入皮肤2 min后微针溶解了初始高度的78%（图3c和3d）。可见，所制备的微针足以穿透皮肤角质层，到达真皮层，将药物递送至皮下组织。
图3. 微针的皮肤刺入性能（a，b）和溶解行为（c，d）：PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs刺入皮肤前（a1）和刺入后（a2）的光学图；微针刺入后的小鼠皮肤的光学图（b1）和组织学切片（b2）；PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs刺入小鼠皮肤一定时间后的光学图（c）和溶解数据（d），刺入时间为0 s（c1）、30 s（c2）、60 s（c3）和120 s（c4）；a1、a2和b1标尺为1 mm，b2标尺为100 μm，c标尺为200 μm
使用Franz扩散池测定载药微针在有无近红外光照射下的药物释放行为（图4）。光照组微针（PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs+NIR）的药物释放速率是未光照组微针（PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs）的2倍，表明近红外光能够触发并加快微针中药物的释放，通过调控近红外光可有效地调节微针的药物释放速率。
图4. DOX@DMNs和PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs在有无NIR照射下的体外药物释放曲线
此外，该文利用CCK-8法考察载药微针对小鼠黑色素瘤细胞（B16F10）的化疗和光热协同治疗效果（图5）。载药微针对B16F10表现出浓度和时间依赖的细胞毒性，随着药物浓度的增大和时间延长，细胞毒性逐渐增大。光照组微针对B16F10的细胞活性均明显低于未光照组微针，这表明PNA-DOX@PDA-DOX@DMNs微针的化疗与光热协同治疗效果优于单一的化疗效果，有望用于浅表皮肿瘤的化疗与光热协同治疗。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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