本方案描述了负载3BDO的可溶性微针贴片的制备、表征及其在小鼠毛发再生模型中用于经皮药物递送的应用。
方法文章
* These authors contributed equally
本方案描述了负载3BDO的可溶性微针贴片的制备、表征及其在小鼠毛发再生模型中用于经皮药物递送的应用。
雄激素性脱发(AGA)的传统治疗方法存在局限性,促使人们探索替代的递送方式。本实验方案描述了负载3BDO的透明质酸/壳聚糖(HA/CS)可溶性微针(MN)贴片在C57BL/6小鼠毛发再生模型中的制备、表征与应用。该方法采用两步模塑法,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具中将3BDO富集于微针尖端,同时形成不含药物的HA/CS背衬层。通过扫描电子显微镜(SEM)成像、力学测试、皮肤插入与溶解测试、体外释放实验、抗菌实验、细胞毒性测试以及体内毛发再生评估对微针贴片进行表征。微针插入皮肤后,针尖溶解并实现3BDO的局部释放。体内评估结果显示,与皮下注射组和对照组相比,负载3BDO的微针组表现出更均匀的毛发再生。本方案还支持对贴片形态、插入性能及局部生物相容性的评估。该方法为评估微针介导的3BDO递送用于毛发再生应用提供了临床前工作流程。
雄激素性脱发(AGA)是最常见的临床脱发疾病之一,主要表现为头皮毛发进行性变细和脱落。该病在男性中的终生患病率持续处于较高水平,已成为亟待解决的重要健康问题1,2。目前,AGA 的临床治疗主要分为药物干预和外科移植两大类,但二者均存在显著局限性。一线治疗药物如非那雄胺和米诺地尔虽具有一定的疗效,但可引发性功能障碍、头皮瘙痒和头皮干燥等明确的不良反应1,3。尽管毛发移植可实现局部毛发再生,但受限于治疗费用高、供体区域毛发数量不足以及移植存活率不稳定等因素,难以在临床实践中广泛推广1。鉴于上述局限,亟需开发兼具有效性、安全性和良好患者依从性的新型治疗策略。
3BDO 是一种与雷帕霉素竞争的小分子 mTOR 激活剂4。它已被广泛用作多种系统中的自噬抑制剂5,6,7。例如,长期使用 3BDO 可通过减少自噬体数量来改善记忆功能8。此外,越来越多的证据表明,3BDO 可能独立于 mTOR 活性发挥 mTOR 激活作用。例如,3BDO 能够在小鼠中抑制内皮细胞死亡和动脉粥样硬化的发展,且该作用独立于 mTOR 活性9。然而,其在毛囊生长中的潜在作用尚未见报道。值得注意的是,在我们的初步研究中发现,3BDO 能够促进毛发再生。然而,传统的局部给药方法存在明显局限性。皮肤角质层限制了药物的透皮效率,使得药物难以递送至真皮层中的毛囊靶部位。尽管透皮凝胶可延长药物滞留时间,但可能留下不理想的残留物。上述两种治疗策略的临床疗效仍不理想10,11。
微针(Microneedles, MNs)是一种新型的无痛药物递送技术,其核心优势在于能够轻松穿透角质层,并将药物精准递送至表皮与真皮交界处的毛囊周围微环境。此外,微针具有使用便捷、微创性小和成本合理等特点12,13,14。为解决外用3BDO透皮递送的瓶颈问题,本研究采用透明质酸(hyaluronic acid, HA)作为基质,壳聚糖(chitosan, CS)作为功能组分,开发了一种微针贴片。引入CS旨在赋予该系统潜在的抗菌功能。此外,透明质酸应用于脱发小鼠皮肤可显著促进毛囊发育15。因此,本实验方案描述了一种负载3BDO的可溶性微针系统的制备与表征方法,并将其应用于脱毛C57BL/6小鼠毛发生长模型。该模型可用于评估脱毛后毛发再生的反应,但其本身并不能确立该疗法对雄激素性脱发(AGA)的临床疗效。
本研究经山东第一医科大学动物伦理委员会批准 & 山东省医学科学院(W202112030345)。所有方法均依照相关指南和法规进行。
1. 3BDO@MN 贴片的制备
2. 3BDO@MN 贴片的表征
3. 动物实验
本方案介绍了3BDO@MN贴片的制备与表征方法。图1 展示了3BDO@MN贴片的制备流程示意图。将3BDO混入CS/HA配方中,得到的基质混合物被加入PDMS微针模具中,并通过离心填充至针尖。随后,将不含3BDO的CS/HA基质混合物涂布于模具表面,并通过离心填充背衬层。完全干燥后,将贴片剥离,获得3BDO@MN贴片。如图2A所示,采用扫描电镜(SEM)对微针的形貌进行表征。
圆锥形微针在15 × 15 mm的贴片上以20 × 20阵列均匀排列,每根微针底部宽度为 250 µm 高度为 600 µm. MN针尖可承受1.2 N的力,足以穿透皮肤,这由苏木精-伊红(H&E)染色后观察到的清晰插入针孔所证实&E)染色(图2B,C)。随后采用小鼠背部皮肤测试3BDO@MN贴片的应用效果。将贴片按压至小鼠皮肤上以测定其溶解时间,微针尖端在60秒内完全溶解(图 2D)。在 体外 检测结果显示,3BDO 从微针中的释放曲线表明,约 90% 的药物被释放(图2E)。MN 提取物在表皮和真皮细胞中均未表现出细胞毒性,而 1 µM 3BDO 显著促进细胞生长(图2F)。含壳聚糖的制剂对两者均表现出浓度依赖性的抗菌活性 E. coli 和 S. aureus,且在浓度超过 10 mg/mL 时效应更为显著(图 2G,H这些结果支持将壳聚糖作为微针制剂的功能性组分,尽管仍需对最终制备的贴片进行进一步测试,以确认其在实际应用条件下的抗菌性能。
动物实验结果表明,3BDO@MN组在第5天出现明显的皮肤色素沉着。到第15天时,接受3BDO注射的组别毛发覆盖率约为45%,对照组约为39%,而3BDO@MN组的毛发覆盖率接近90%(图3)。3BDO@MN组的毛发再生更加均匀且密度更高,表明其药物渗透性和滞留性优于直接注射。
综上所述,这些研究结果表明,在本研究所采用的脱毛C57BL/6小鼠模型中,MN介导的3BDO递送可促进毛发再生。尚需进一步研究以确定该方法在雄激素性脱发的疾病特异性模型中以及在临床相关给药条件下是否有效。

图1.3BDO@MNs的制备过程示意图。 请点击此处查看该图的放大版本。

图23BDO@MN 系统的制备与表征。(A) SEM 图像显示 3BDO@MNs 的形貌。比例尺 = 500 µm. (B) 3BDO@MNs的力-位移曲线 (C) H&经3BDO@MNs插入并去除基底后的小鼠皮肤H&E染色横截面,证实成功穿透组织。比例尺 = 100 µm. (D) 皮肤插入后5秒、10秒、30秒和60秒时微针溶解的扫描电镜图像。 (E) 累积的 体外 3BDO 从微针中的释放曲线。 (F) 表皮细胞和真皮细胞经3BDO、MN提取物及含MN提取物处理后的细胞活力 3BDO 在 24 小时 (G,H) 620 nm 处的吸光度 (G) 金黄色葡萄球菌 和 (H) 大肠杆菌 不同浓度壳聚糖培养基中培养的悬浮液。数据以均值 ± 标准差表示(n = 3),统计学显著性采用单因素方差分析(**p < 0.01)。 < 0.01). 请点击此处以查看此图的放大版本。

图3. 3BDO@MNs 的毛发再生效果 体内. (A) 动物实验的示意图。 (B) 小鼠背部皮肤在治疗后第0天(剃毛)、第5天、第10天和第15天的代表性图像。 (C) 色素沉着评分(任意单位)的定量分析 (B). (D) 定量分析处理区域毛发覆盖面积(%) (B). (E) 与对照组相比,处理区域毛发覆盖面积的相对倍数变化。数据以均值 ± 标准差(n = 5)表示,统计学显著性通过单因素方差分析进行检验(**p < 0.01)。 < 0.01). 请点击此处以查看此图的放大版本。
目前,雄激素性脱发(AGA)的临床治疗主要分为药物干预和外科移植两类。本研究中,载有3BDO的微针(MNs)在C57BL/6小鼠模型中促进了毛发再生。然而,传统的药物递送方法存在诸如药物分布不均等局限性。本研究的关键实验方案是一种两步法制备载3BDO微针的方法。透明质酸(HA)和壳聚糖(CS)是微针的主要组成成分。为确保微针质量,需重点关注若干关键步骤。
首先,为了避免聚合物溶液中产生气泡,采用预冷的模具以减缓离心过程中溶剂的挥发。其次,干燥条件直接影响针尖的脆性和背衬层的完整性。在 36 °C 通过控制湿度,确保了笔尖具有足够的机械强度,同时保持了背衬层的柔韧性,避免过度干燥。第三,速度为134 × g 5分钟可有效将3BDO富集于尖端区域,但更高的转速或更长的时间可能导致药物在模具底部析出,从而降低递送效率。对于 体内 实验中采用C57BL/6小鼠作为毛发再生模型。C57BL/6小鼠的毛囊具有明显且高度同步的毛发生长周期,便于实验操作,因此成为研究皮肤疾病最常用的模型之一16。约7周龄时,C57BL/6小鼠的毛囊自然进入休止期。对小鼠进行人工脱毛后,其毛囊会立即重新进入生长期。17。该 体内 实验结果表明,在该模型中,MN系统相较于皮下注射能促进更均匀的毛发再生。
3BDO@MN 系统可能代表了一种有前景的脱发治疗临床前策略,该策略将一种促进毛发再生的小分子与一种微创经皮递送平台相结合。已有报道称,长效微针制剂可实现药物的可控或持续释放,减少给药频率,并提高患者的依从性,从而克服了传统局部或全身治疗的一些局限性18,19。此外,近期采用微针辅助毛发再生的策略,包括干细胞递送,进一步支持了微针平台在该领域的广泛应用前景20。然而,在实现临床转化之前,仍需开展进一步研究,以评估其长期生物安全性、药代动力学/药效动力学特征、剂量优化、储存稳定性以及可扩展的生产工艺。
作者声明无任何利益冲突。
本工作得到国家自然科学基金(82273554)、山东省医药卫生科技发展计划项目(No.202304030716)、中国国家大学生创新创业训练计划(No. 202410439001)和泰安市科技创新发展计划项目(No. 2023NS232)的资助。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3BDO | Yuanye Bio-Technology Co., Shanghai, China | 890405-51-3 | 制备载3BDO的壳聚糖/透明质酸(CS/HA)制剂 |
| 6孔板 | Corning Incorporated, USA | REF 3516 | 抗菌实验和体外药物释放实验 |
| 75%乙醇 | 山东利康医疗科技有限公司 | 1202050004 | 消毒 |
| 96孔板 | Corning Incorporated, USA | REF3599 | 细胞毒性评价和抗菌实验 |
| C57BL/6小鼠 | Charles River Laboratories | 7周 | 动物实验 |
| 细胞计数试剂盒-8(CCK-8) | Dojindo, 日本 | CK04 | 细胞毒性评价 |
| 离心机 | Thermo Fisher Scientific | 75007204 | 制剂离心 |
| 壳聚糖(CS) | 上海麦克林生化科技有限公司 | 9012-76-4 | 制备CS/HA制剂 |
| 脱毛膏 | Veet | 3059944023307 | 脱毛 |
| 二甲基亚砜(DMSO) | 上海麦克林生化科技有限公司 | 67-68-5 | 制备载3BDO的CS/HA制剂 |
| 电子天平 | Radwag | AS 220.R2 | 粉末称量 |
| 大肠杆菌(Escherichia coli, E. coli) | ATCC | / | 抗菌实验 |
| 透明质酸(HA)粉末 | 华熙生物科技股份有限公司,中国 | 9067-32-7 | 制备CS/HA制剂 |
| ImageJ软件 | 美国国立卫生研究院(National Institutes of Health) | / | 统计分析 |
| 恒温振荡培养箱 | Thermo Scientific | 50163013 | 细菌培养 |
| 异氟烷麻醉机 | Gene&I | AMS | 动物麻醉 |
| LB培养基 | Sigma Life Science | L3022 | 抗菌实验 |
| 磁力搅拌器 | 杭州米欧仪器有限公司 | SP-16 | 制剂搅拌 |
| Multiskan SkyHigh酶标仪 | Thermo Fisher Scientific | / | OD值测定 |
| 烘箱 | 上海惠泰仪器制造有限公司 | DHG-9260A | 微针干燥 |
| Parafilm封口膜M型 | Amcor | PM-996 | 微针密封 |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Biosharp | BL302A | 体外药物释放实验 |
| 金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, S. aureus) | ATCC | / | 抗菌实验 |
| Universal TA质构分析仪 | 上海腾拔仪器科技有限公司 | / | 机械强度测试 |
| 真空干燥箱 | 上海惠泰仪器制造有限公司 | DZF-6050 | 真空干燥 |
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