Methodenartikel

Fabricage en karakterisering van oplosbare micronaaldpatches geladen met 3BDO voor haargroei bij C57BL/6-muizen

74 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/71814

⸱

25 augustus 2026

 ,  ,  ,  ,  , 
1School of Stomatology, Shandong First Medical University & Shandong Academy of Medical Sciences, 2Engineering Laboratory for Biomaterials and Tissue Regeneration, Ningbo Stomatology Hospital, Savaid Stomatology School, Hangzhou Medical College

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Dit protocol beschrijft de fabricage, karakterisering en toepassing van oplosbare micronaaldpatches geladen met 3BDO voor transdermale drugdelivery in een muismodel voor haarhergroei.

Samenvatting

Conventionele behandelingen voor androgenetische alopecia (AGA) hebben beperkingen, wat aanzet tot alternatieve toedieningsmethoden. Dit protocol beschrijft de fabricage, karakterisering en toepassing van oplosbare microneedle (MN) patches van hyaluronzuur/chitosan (HA/CS) geladen met 3BDO in een C57BL/6 muizenmodel voor haargroei. De methode maakt gebruik van een tweestaps gietproces in een polydimethylsiloxaan (PDMS) mal om 3BDO te concentreren in de naaldpunten, terwijl een drugvrije HA/CS-onderlaag wordt gevormd. De patch wordt gekarakteriseerd door scanning elektronenmicroscopie (SEM) beeldvorming, mechanische tests, huidinsertie- en oplosbaarheidstests, in vitro afgiftetests, antibacteriële assays, cytotoxiciteitstests en in vivo beoordeling van de haargroei. Na insertie lossen de MN-punten op, waarbij 3BDO lokaal vrijkomt. In vivo evaluatie toonde aan dat de groep met 3BDO-geladen MN een uniformere haargroei vertoonde dan de geteste groepen met subcutane injectie en de controlegroepen. Dit protocol ondersteunt daarnaast de beoordeling van de morfologie van de patch, de insertieprestaties en de lokale biocompatibiliteit. Deze methode biedt een preklinische workflow om de MN-gemedieerde toediening van 3BDO voor toepassingen bij haargroei te evalueren.

Inleiding

Androgenetische alopecia (AGA) is een van de meest voorkomende klinische alopecische aandoeningen, die primair wordt gekenmerkt door progressieve verdunning en verlies van hoofdharen. De prevalentie gedurende het leven blijft aanhoudend hoog bij mannen, waardoor het een kritiek gezondheidsprobleem is dat dringende oplossingen vereist1,2. Momenteel worden klinische behandelingen voor AGA hoofdzakelijk onderverdeeld in farmacologische interventies en chirurgische transplantatie, waarbij beide aanzienlijke nadelen hebben. Eerstelijns therapeutische geneesmiddelen zoals finasteride en minoxidil vertonen bepaalde therapeutische effecten, maar zijn geassocieerd met duidelijke bijwerkingen zoals seksuele disfunctie, pruritus van de hoofdhuid en droogheid van de hoofdhuid1,3. Hoewel haar transplantatie kan leiden tot lokale haarregeneratie, wordt dit beperkt door hoge behandelingskosten, onvoldoende haardichtheid in donorgebieden en fluctuerende overlevingspercentages van de grafts, waardoor een brede verspreiding in de klinische praktijk moeilijk is1. Gezien deze beperkingen is er behoefte aan nieuwe therapeutische strategieën die effectiviteit, veiligheid en therapietrouw van de patiënt combineren.

3BDO is een kleine-molecule mTOR-activator die concurreert met rapamycine4. Het is op grote schaal gebruikt als autofagieremmer in diverse systemen5,6,7. Zo kan langdurige behandeling met 3BDO de geheugenfunctie verbeteren door het aantal autofagosomen te verminderen8. Bovendien suggereert toenemend bewijs dat 3BDO onafhankelijk kan werken als mTOR-activator. Zo belemmerde 3BDO de dood van endotheelcellen en de ontwikkeling van atherosclerose bij muizen, onafhankelijk van de mTOR-activiteit9. De potentiële rol ervan bij de groei van haarzakjes is echter nog niet gerapporteerd. Opmerkelijk is dat 3BDO in onze voorlopige studies de haargroei bevorderde. Traditionele methoden voor topische geneesmiddelentoediening hebben echter duidelijke beperkingen. Het stratum corneum van de huid beperkt de transdermale efficiëntie, waardoor het moeilijk is om geneesmiddelen af te leveren bij de doelplaats van het haarzakje in de dermis. Hoewel transdermale gels de retentietijd van het geneesmiddel kunnen verlengen, kunnen ze ongewenste residuen achterlaten. De klinische effectiviteit van beide bovengenoemde behandelstrategieën blijft suboptimaal10,11.

Micronaaldjes (MNs) zijn een innovatieve, pijnloze technologie voor medicijnafgifte waarvan het belangrijkste voordeel ligt in het vermogen om eenvoudig door het stratum corneum te dringen en medicijnen nauwkeurig af te leveren in de perifolliculaire micro-omgeving op de overgang tussen de epidermis en de dermis. Daarnaast kenmerken MNs zich door gebruiksgemak, minimale invasiviteit en redelijke kosten12,13,14. Om de bottleneck van de transdermale afgifte van topicaal 3BDO aan te pakken, is een MN-pleister ontwikkeld met hyaluronzuur (HA) als matrix en chitosan (CS) als functionele component. De incorporatie van CS is bedoeld om een functionele component met antibacteriële potentie te bieden. Bovendien kan de toepassing van HA op de alopecia-huid van muizen de ontwikkeling van haarfollikels aanzienlijk stimuleren15. Daarom beschrijft dit protocol de fabricage en karakterisering van een oplosbaar MN-systeem geladen met 3BDO en de toepassing ervan in een haarhergroeimodel bij gedepileerde C57BL/6-muizen. Dit model is nuttig voor het evalueren van haarhergroeiresponsen na depilatie, maar stelt op zichzelf geen klinische effectiviteit voor AGA vast.

Protocol

De studie werd goedgekeurd door de commissie voor dierethiek van de Shandong First Medical University & Shandong Academy of Medical Sciences (W202112030345). Alle methoden werden uitgevoerd in overeenstemming met de relevante richtlijnen en regelgeving.

1. Fabricage van 3BDO@MN-patches

  1. Bereiding van de CS/HA-formulering
    1. Weeg 1 g CS-poeder (deacetyleringsgraad ≥ 95%) af en voeg dit toe aan 20 mL gedestilleerd water, gevolgd door roeren bij kamertemperatuur (RT) gedurende 10 min.
    2. Voeg vervolgens 0,4 mL van een 2% (v/v) azijnzuuroplossing (molecuulgewicht 60,05) toe en blijf 2 u roeren.
      WAARSCHUWING: Geconcentreerd azijnzuur is corrosief. Voer de verdunning en hantering uit in een zuurkast en draag wegwerphandschoenen en een veiligheidsbril om contact met de huid en slijmvliezen te voorkomen.
    3. Voeg vervolgens 2 g HA-poeder toe en centrifugeer de gemengde formulering bij 1.207 × g (ongeveer 3.000 rpm) gedurende 5 min om volledige oplossing te waarborgen.
      ​OPMERKING: De CS/HA-formulering moet vers bereid worden en kan maximaal 24 u in een koelkast bij 4 °C bewaard worden.
  2. Bereiding van de 3BDO-geladen CS/HA-formulering
    1. Voeg de vooraf opgeloste 3BDO-oplossing (2 mg/mL) in dimethylsulfoxide (DMSO) toe.
      WAARSCHUWING: DMSO is huidpermeabel. Draag tijdens de uitvoering handschoenen om direct huidcontact te vermijden en voeg het toe aan de CS/HA-formulering. Meng dit om volledige oplossing te waarborgen.
    2. Centrifugeer de gemengde formulering bij 1.207 × g gedurende 5 min om eventuele ingesloten luchtbellen te verwijderen.
      ​OPMERKING: Als er na centrifugatie nog bellen aanwezig zijn, laat de formulering dan 5 min staan en centrifugeer vervolgens opnieuw.
  3. Fabricage van 3BDO@MN-patches
    1. Gebruik een polydimethylsiloxaan (PDMS) MN-mal met een 20 × 20 array van conische punten met een hoogte van 600 µm, een basisdiameter van 250 µm en een pitch van 550 µm.
    2. Behandel het oppervlak van de PDMS-mal met een plasmareiniger om deze volledig hydrofiel te maken.
    3. Voeg 1 mL van de 3BDO@CS/HA-formulering toe aan de PDMS MN-mal. Plaats de mal in een vacuümkamer en pas gedurende 10 min vacuüm toe om de infiltratie van de viskeuze formulering in de microholtes te vergemakkelijken.
    4. Centrifugeer de mal bij 134 × g gedurende 5 min bij RT om te zorgen dat de formulering alle holtes vult. Gebruik een steriele metalen schraper om overtollige formulering voorzichtig van het maloppervlak te verwijderen, zodat een perfect vlak vlak overblijft.
    5. Breng het CS/HA-matrixmengsel zonder 3BDO aan op het maloppervlak. Centrifugeer bij 134 × g gedurende 5 min bij RT om een uniforme steunlaag te vormen.
    6. Plaats de mal in een oven bij 36 °C en 37% luchtvochtigheid en droog deze overnacht (ongeveer 12–16 u).
    7. Pel de volledig gedroogde MN-patch van de mal nadat de mal is afgekoeld tot RT.
      OPMERKING: Bewaar de gefabriceerde 3BDO@MN-patches in een koelkast bij 4 °C tot ze klaar zijn voor gebruik.

2. Karakterisering van 3BDO@MN-patches

  1. Monte de voorbereide 3BDO@MN-patch op een stub met behulp van dubbelzijdige geleidende koolstoftape.
    1. Sputter-coat het gemonteerde monster met een dunne laag goud (of platina) om de elektrische geleidbaarheid te verhogen.
    2. Plaats de specimen stub in de vacuümkamer van een veldemissie scanning elektronenmicroscoop (FE-SEM).
    3. Stel de versnellingsspanning en de werkafstand in om beelden met een hoge resolutie te verkrijgen. Observeer de algemene array-morfologie en de fijne oppervlaktetopografie van individuele MN's.
    4. Maak representatieve SEM-micrografieën. Meet de MN-lengte en de tipdiameter.
  2. Testen van de mechanische sterkte
    1. Plaats de MN-patch plat op de monster-teststage van een textuuranalyzer. Zorg ervoor dat het substraat perfect vlak is en de naaldpunten recht omhoog wijzen.
    2. Bevestig een platte cilindrische probe (25 mm in diameter) stevig aan de load cell van het instrument.
    3. Laat de probe verticaal zakken tot deze zich net boven de MN-tips bevindt. Vermijd elk fysiek contact tussen de probe en de tips voorafgaand aan de test.
    4. Stel de specifieke testparameters in de software in: stel de neerwaartse testsnelheid in op 0,05 mm/s en de doelveegafstand op 0,7 mm.
  3. Oplosbaarheidstest
    1. Spreid de dorsale huid van een rat uit op de dissectieplank en dep het huidoppervlak droog. Houd de huid vlak en rimpelvrij.
    2. Plaats droge MN-patches met de naaldpunten naar beneden op het huidoppervlak en oefen een gelijkmatige verticale druk uit om de insertie van de MN's in de huid te waarborgen.
    3. Verwijder de patches van de huid op vooraf bepaalde tijdsintervallen (5, 10, 30 en 60 s) en droog deze gedurende 5 min.
    4. Observeer de residuele morfologie via SEM onder dezelfde beeldvormingscondities.
  4. In vitro drug release-assays
    1. Voeg 500 µL fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) toe aan elke well van een 6-wells plaat. Plaats de met 3BDO geladen MN's in elke well zodat ze in contact komen met de PBS.
    2. Incubeer de platen bij RT. Verzamel op elk tijdstip 500 µL PBS voor kwantificering van de 3BDO-concentratie.
    3. Vul elke well onmiddellijk aan met 500 µL verse PBS om sink-condities te handhaven.
    4. Bereken het cumulatieve percentage vrijgekomen 3BDO op basis van de totale initiële drug-loading in de MN's.
  5. Antibacteriële assays
    1. Haal bacteriële celvoorraden (E. coli en Staphylococcus aureus) uit de bewaring bij -80 °C en voeg 10 µL van elke bacteriële celvoorraad toe aan 5 mL LB-medium.
    2. Incubeer het geïnoculeerde medium in een incubator-shaker bij 37 °C en 250 rpm gedurende ongeveer 16 u (overnacht).
    3. Pas de bacteriële cultuur aan met LB-medium tot een initiële OD620 van 0,01.
    4. Verdun de CS-stamoplossing met steriel water om CS-oplossingen in zes concentraties voor te bereiden (1, 5, 10, 50, 100 en 500 mg/mL), met drie herhalingen per concentratie.
    5. Verdeel de monsters in drie groepen: blanco groep, controlegroep en CS-groep. Voeg voor de blanco groep 200 µL LB toe. Voeg voor de controlegroep 180 µL bacteriële oplossing en 20 µL steriel water toe. Voeg voor de CS-groep 180 µL bacteriële oplossing en 20 µL van de overeenkomstige concentratie CS-oplossing toe.
    6. Incubeer bij 37 °C gedurende 20 u.
    7. Meet en registreer de OD620 van elke well van de 96-wells plaat met een absorbantie-plaatlezer bij 0 u en 20 u.
  6. Cytotoxiciteitsevaluaties
    1. Zaai 100 µL epidermale of dermale celsuspensie in een 96-wells plaat (2 × 103 cellen per well).
    2. Voeg 10 µL van de respectievelijke behandelingen toe aan de aangewezen wells om vier groepen vast te stellen: een controlegroep (kweekmedium), een 3BDO-groep (finale concentratie van 1 µM), een MN-extractgroep en een 3BDO+MN-extractgroep, met 3 herhalingen per groep.
    3. Incubeer bij 37 °C, 5% CO₂ gedurende 24 u.
    4. Voeg 10 µL Cell Counting Kit-8 (CCK-8) werkoplossing toe aan elke well.
      OPMERKING: Vermijd het ontstaan van bellen in de wells, aangezien deze de absorbantiemetingen kunnen beïnvloeden.
    5. Incubeer bij 37 °C, 5% CO₂ gedurende 2 u.
    6. Lees de absorbantie bij 450 nm af voor alle wells met een microplaat-spectrofotometer.
    7. Analyseer de gegevens en bereken het celoverlevingspercentage.

3. Dierproeven

  1. Voorbereiding en behandeling van de proefdieren
    1. Anestheseer 7 weken oude mannelijke C57BL/6 muizen met isofluraan en zorg voor thermoregulatie tijdens de anesthesie.
      WAARSCHUWING: Isofluraan is een vluchtig anestheticum. Werk in een goed geventileerde omgeving om overmatige inademing te voorkomen.
    2. Breng oogsmeersel aan in de ogen van de muizen om uitdroging te voorkomen.
    3. Scheer de rugbeharing van de muizen met een elektrisch scheerapparaat, waarbij een gebied van ongeveer 2 × 2 cm2 wordt geschoren.
    4. Breng de ontharingscrème aan, wacht 5–10 s en veeg deze vervolgens af. Veeg de huid schoon met een zoutoplossing-gaasje om alle resterende ontharingscrème en haren te verwijderen.
    5. Trim de MN-patches en leg deze apart.
    6. Verdeel de geschoren muizen willekeurig over vijf groepen (n = 5 per groep) en behandel deze als volgt:
      1. Onbehandelde controlegroep: alleen de beharing scheren zonder enige behandeling.
      2. Blanco MN-patchgroep: behandel de geschoren huid met MN-patches zonder 3BDO volgens hetzelfde schema als de 3BDO@MN-groep.
      3. 3BDO@MN-patchgroep: behandel de geschoren huid met 3BDO@MN-patches op dag 1, 3, 5, 7, 9, 11 en 13.
      4. PBS subcutane injectiegroep: dien dagelijks een subcutane injectie van PBS-oplossing toe in het geschoren ruggebied van de muizen.
      5. 3BDO subcutane injectiegroep: dien dagelijks een subcutane injectie van 3BDO-oplossing toe in het geschoren ruggebied van de muizen.
    7. Plaats de 3BDO@MN-patches op de geschoren huid en oefen een gelijkmatige verticale druk uit om de insertie van de MN's in de huid te waarborgen. Bevestig de 3BDO@MN-patches met een elastisch verband en gebruik een rechte klem om het verband op zijn plaats te houden.
      ​OPMERKING: De verschillende doseringsschema's zijn gekozen op basis van de specifieke afgiftekenmerken van elke strategie: de 3BDO@MN-patch zorgt voor een lokale vertraagde afgifte, terwijl subcutane injectie 3BDO als een bolusdosis afgeeft.
    8. Houd de muizen gedurende het experiment in de gaten om er zeker van te zijn dat ze volledig herstellen van de anesthesie.
  2. Monstername en evaluatie van de haargroei
    1. Fotografeer dagelijks de rughuid van de muizen om de haargroei vast te leggen.
    2. Evalueer de haaraangroei op dag 15 door de diameter van de haarschacht, de haarbedekking en de haardichtheid te meten. Kwantificeer het percentage haarbedekking in het behandelde gebied met behulp van ImageJ-software.

Resultaten

Dit protocol beschrijft de fabricage en karakterisering van de 3BDO@MN-patch. Figuur 1 toont het schema van het fabricageproces voor de 3BDO@MN-patch. 3BDO werd gemengd in de CS/HA-formulering, waarna het matrixmengsel aan de PDMS MN-mal werd toegevoegd en gecentrifugeerd om de naaldpunten te vullen. Het CS/HA-matrixmengsel zonder 3BDO werd op het maloppervlak aangebracht en gecentrifugeerd om de onderlaag te vullen. Na volledige droging werden de patches verwijderd om de 3BDO@MN-patches te verkrijgen. De morfologie van de MN's werd gekarakteriseerd via SEM, zoals getoond in Figuur 2A.

De conische MN's werden uniform gevormd in een array van 20 × 20 op een patch van 15 × 15 mm, elk met een basisbreedte van 250 µm en een hoogte van 600 µm. De MN-toppen weerstonden een kracht van 1,2 N, wat voldoende is voor penetratie van de huid, zoals blijkt uit duidelijke insertie-gaatjes waargenomen via hematoxyline- en eosine-kleuring (H&E) (Figuur 2B,C). De dorsale huid van muizen werd vervolgens gebruikt om de toepassing van 3BDO@MN-patches te testen. De patches werden op de muizenhuid gedrukt om de oplostijd te meten, waarbij de MN-toppen binnen 60 s volledig oplosten (Figuur 2D). In de in vitro assay toonde het afgifteprofiel van 3BDO uit de MN's aan dat ongeveer 90% van het geneesmiddel werd afgegeven (Figuur 2E). Het MN-extract vertoonde geen cytotoxiciteit in epidermale en dermale cellen, terwijl 1 µM 3BDO de celgroei significant bevorderde (Figuur 2F). De chitosanbevattende formulering vertoonde concentratieafhankelijke antibacteriële activiteit tegen zowel E. coli als S. aureus, met een uitgesprokener effect bij concentraties boven de 10 mg/mL (Figuur 2G,H). Deze resultaten ondersteunen het gebruik van chitosan als functioneel onderdeel van de MN-formulering, hoewel verdere tests van de uiteindelijke gefabriceerde patches nodig zouden zijn om de antibacteriële prestaties onder applicatiecondities te bevestigen.

Resultaten uit dierproeven toonden aan dat de 3BDO@MN-groep op dag 5 een significante huidpigmentatie vertoonde. Tegen dag 15 vertoonde de groep die 3BDO-injecties ontving ongeveer 45% haarbedekking, vergeleken met ongeveer 39% in de controlegroep, terwijl de 3BDO@MN-groep een bedekking van rond de 90% bereikte (Figuur 3). De haargroei in de 3BDO@MN-groep was uniformer en dichter, wat wijst op een betere penetratie en retentie van het geneesmiddel dan bij directe injectie.

Samen wijzen deze bevindingen erop dat MN-gemedieerde toediening van 3BDO de haargroei stimuleerde in het gedepileerde C57BL/6 muismodel dat in deze studie is gebruikt. Verder onderzoek is nodig om vast te stellen of deze benadering effectief is in ziektespecifieke modellen van androgenetische alopecia en onder klinisch relevante doseringscondities.

Diagram van het 3D-bioprintproces: 3BDOQCS/HA-coating, centrifugatie, vacuümdrogen, CS/HA-matrix.
Figuur 1. Schematische weergave van het fabricageproces van 3BDO@MNs. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Diagrammen van micronaaldmatrixen en grafieken van cellevensvatbaarheid; studie naar antibacteriële eigenschappen van chitosanlactaat.
Figuur 2. Fabricage en karakterisering van het 3BDO@MN-systeem. (A) SEM-afbeelding die de morfologie van de 3BDO@MN's toont. Schaalbalk = 500 µm. (B) Kracht-verplaatsingscurve van de 3BDO@MN's. (C) H&E-gekleurde dwarsdoorsnede van muishuid na insertie van 3BDO@MN's en verwijdering van de basis, wat succesvolle weefselpenetratie bevestigt. Schaalbalk = 100 µm. (D) SEM-afbeeldingen die de oplossing van MN's tonen op 5 s, 10 s, 30 s en 60 s na insertie in de huid. (E) Cumulatief in vitro afgifteprofiel van 3BDO uit MN's. (F) Cellevensvatbaarheid van epidermale cellen en dermale cellen behandeld met 3BDO, MN-extract en MN-extract bevattend 3BDO na 24 u. (G,H) Absorbantie bij 620 nm van (G) Staphylococcus aureus en (H) Escherichia coli suspensies gekweekt in medium met chitosan in verschillende concentraties. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD (n = 3), en statistische significantie werd geanalyseerd via eenweg-ANOVA (**p < 0,01). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Experiment naar haargroei met micronaald (MN) patches; resultaten van pigmentatie en haarbedekking bij muizen.
Figuur 3. Effecten van 3BDO@MNs op de haargroei in vivo. (A) Schematische illustratie van de dierproeven. (B) Representatieve afbeeldingen van de rughuid van muizen op dag 0 (scheren), dag 5, dag 10 en dag 15 na behandeling. (C) Kwantitatieve analyse van pigmentatiescores (arbitraire eenheden) in (B). (D) Kwantitatieve analyse van het oppervlak van de haarbedekking (%) in het behandelde gebied in (B). (E) Relatieve fold-verandering van het oppervlak van de haarbedekking in het behandelde gebied vergeleken met de controlegroep. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD (n = 5), en statistische significantie is geanalyseerd via eenweg-ANOVA (**p < 0,01). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Huidige klinische behandelingen voor AGA worden hoofdzakelijk gecategoriseerd in farmacologische interventies en chirurgische transplantatie. In deze studie bevorderden 3BDO-geladen MN's de haargroei in een C57BL/6 muismodel. Conventionele methoden voor geneesmiddelentoediening hebben echter beperkingen, zoals een ongelijkmatige distributie van het geneesmiddel. Het belangrijkste protocol in deze studie is een tweetrapsmethode om 3BDO-geladen MN's te vervaardigen. HA en CS zijn de primaire componenten van de MN's. Verschillende kritieke stappen vereisen aandacht om de kwaliteit van de MN's te waarborgen.

Ten eerste werd een vooraf gekoelde mal gebruikt om luchtbellen in de polymeeroplossing te voorkomen en de verdamping van het oplosmiddel tijdens het centrifugeren te vertragen. Ten tweede beïnvloeden de droogomstandigheden direct de brosheid van de tips en de integriteit van de steunlaag. Drogen gedurende 16 h bij 36 °C met een gecontroleerde luchtvochtigheid hielp om tips met voldoende mechanische sterkte te garanderen, terwijl de flexibiliteit van de steunlaag behouden bleef en overdroging werd voorkomen. Ten derde concentreert een snelheid van 134 × g gedurende 5 min 3BDO effectief in het tipgebied, maar hogere snelheden of langere tijden kunnen leiden tot neerslag van het geneesmiddel bij de basis van de mal, waardoor de afgifte-efficiëntie afneemt. Voor de in vivo assay werden C57BL/6 muizen gebruikt als model voor haarhergroei. De haarfollikels van C57BL/6 muizen vertonen een zichtbare, sterk gesynchroniseerde haargroeicyclus, wat experimenteel gemak biedt en hen tot een van de meest gebruikelijke modellen maakt voor het bestuderen van huidaandoeningen16. Op een leeftijd van ongeveer 7 weken gaan de haarfollikels van C57BL/6 muizen natuurlijk over in de telogenfase. Na kunstmatige depilatie van de muizen gaan de haarfollikels onmiddellijk terug naar de anagenfase17. De in vivo assay toonde aan dat het MN-systeem in dit model een gelijkmatigere haarhergroei bevorderde dan subcutane injectie.

Het 3BDO@MN-systeem kan een veelbelovende preklinische strategie vormen voor de behandeling van haaruitval door een haarregenererend klein molecuul te integreren met een minimaal invasief transdermaal afleverplatform. Er is gerapporteerd dat langwerkende micronaaldformuleringen een gecontroleerde of aanhoudende afgifte van geneesmiddelen mogelijk maken, de toedieningsfrequentie verminderen en de therapietrouw van de patiënt verbeteren, waarmee enkele beperkingen van conventionele topische of systemische behandelingen worden aangepakt18,19. Daarnaast ondersteunen recente strategieën voor haarregeneratie met behulp van micronaalden, waaronder de toediening van stamcellen, de bredere toepasbaarheid van micronaaldenplatforms in dit vakgebied20. Niettemin zijn er, vóór klinische vertaling, nog verdere studies nodig om de biosafety op lange termijn, farmacokinetische/farmacodynamische profielen, dosisoptimalisatie, opslagstabiliteit en schaalbare productie te evalueren.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen belangenconflicten te verklaren.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (82273554), het Medical and Health Science and Technology Development Project van de provincie Shandong (No.202304030716), het National College Students Innovation and Entrepreneurship Training Program of China (No. 202410439001) en het Tai’an Science and Technology Innovation Development Project (No. 2023NS232).

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3BDOYuanye Bio-Technology Co., Shanghai, China890405-51-3Bereiding van 3BDO-geladen CS/HA-formulering
6-well plateCorning Incorporated, USAREF 3516antibacteriële assay en in vitro drug release assay
75% ethanolShandong Lircon Medical Technology Co., Ltd.1202050004Desinfectie
96-well plateCorning Incorporated, USAREF3599cytotoxiciteitsevaluaties en antibacteriële assay
C57BL/6 muizenCharles River Laboratories7 wekendierproeven
Cell Counting Kit-8 (CCK-8)Dojindo, JapanCK04cytotoxiciteitsevaluaties
CentrifugeThermo Fisher Scientific75007204Centrifugatie van formulering
Chitosan (CS) Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd9012-76-4Bereiding van CS/HA-formulering
OntharingscrèmeVeet3059944023307Ontharing
Dimethylsulfoxide (DMSO)Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd67-68-5Bereiding van 3BDO-geladen CS/HA-formulering
Elektronische balansRadwagAS 220.R2Afwegen van poeder
Escherichia coli (E. coli)ATCC/antibacteriële assay
Hyaluronzuur (HA) poederBloomage Biotechnology Co. China9067-32-7Bereiding van CS/HA-formulering
ImageJ softwareNational Institutes of Health/Statistische analyse
IncubatorschudmachineThermo Scientific  50163013bacteriële incubatie
IsofluraanverdamperGene&IAMSanesthesie van dieren
LB-mediumSigma Life ScienceL3022antibacteriële assay
Magnetische roerderHangzhou MiuLab Instrument Co., Ltd.SP-16Roeren van formulering
Multiskan SkyHigh microplaat-spectrofotometerThermo Fisher Scientific/OD-meting
OvenShanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,LtdDHG-9260ADrogen van micronaalden
Parafilm MAmcor PM-996Afdichten van micronaalden
Fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS)BiosharpBL302Ain vitro drug release assay
Staphylococcus aureus (S. aureus)ATCC/antibacteriële assay
Universal TA textuuranalyseerderShanghai Tengba Instrument Technology Co., Ltd/Testen van mechanische sterkte
VacuümkamerShanghai Huitai Instrument Manufacturing Co.,LtdDZF-6050Vacuümdrogen

Referenties

  1. Zhou C, Li X, Wang C, Zhang J. Alopecia areata: an update on etiopathogenesis, diagnosis, and management. Clin Rev Allergy Immunol. 2021;61(3):403-23.
  2. Rudnicka L. Hair loss is a symptom of many complex medical and psychological problems. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2023;37(8):1460-1.
  3. Alessandrini A, Bruni F, Piraccini BM, Starace M. Common causes of hair loss: clinical manifestations, trichoscopy and therapy. J Eur Acad Dermatol Venereol. 2021;35(3):629-40.
  4. Zhao X et al. Long noncoding RNA CA7-4 promotes autophagy and apoptosis via sponging MIR877-3P and MIR5680 in high glucose-induced vascular endothelial cells. Autophagy. 2020;16(1):70-85.
  5. Wang L et al. An effective pharmacological hydrogel induces optic nerve repair and improves visual function. Sci China Life Sci. 2024;67(3):529-42.
  6. Wei Y et al. Midline-1 regulates effector T cell motility in experimental autoimmune encephalomyelitis via mTOR/microtubule pathway. Theranostics. 2024;14(3):1168-80.
  7. Gao Y et al. Rheb1 promotes tumor progression through mTORC1 in MLL-AF9-initiated murine acute myeloid leukemia. J Hematol Oncol. 2016;9:36.
  8. Wei L et al. A butyrolactone derivative 3BDO alleviates memory deficits and reduces amyloid-beta deposition in an AbetaPP/PS1 transgenic mouse model. J Alzheimers Dis. 2012;30(3):531-43.
  9. Meng N et al. Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein E1 regulates protein disulphide isomerase translation in oxidized low-density lipoprotein-activated endothelial cells. Acta Physiol (Oxf). 2015;213(3):664-75.
  10. Clavel C et al. Sox2 in the dermal papilla niche controls hair growth by fine-tuning BMP signaling in differentiating hair shaft progenitors. Dev Cell. 2012;23(5):981-94.
  11. Yang CC, Cotsarelis G. Review of hair follicle dermal cells. J Dermatol Sci. 2010;57(1):2-11.
  12. Jin Y et al. Multifunctional microneedle patches loaded with engineered nitric oxide-releasing nanocarriers for targeted and synergistic chronic wound therapy. Adv Mater. 2025;37(5):e2413108.
  13. Wu H et al. Ultrasonic hollow microneedle array (USHM) for androgenetic alopecia treatment through modulating the expression of hair-growth-associated genes. ACS Appl Mater Interfaces. 2025;17(14):21419-30.
  14. Cao Y et al. Dissolvable microneedle-based wound dressing transdermally and continuously delivers anti-inflammatory and pro-angiogenic exosomes for diabetic wound treatment. Bioact Mater. 2024;42:32-51.
  15. Liu J et al. Medium-molecular weight hyaluronic acid orchestrates hair follicle regeneration via CD44/AKT-driven endogenous ROS activation of beta-catenin. Int J Biol Macromol. 2026;360:151752. doi:10.1016/j.ijbiomac.2026.151752.
  16. Nareswari A et al. Development and validation of a C57BL/6 mouse model of androgenetic alopecia through testosterone propionate induction. Trends Sci. 2026;23(8):12711.
  17. Liu M, He G, Wang F, Wang Y. In vivo non-invasive observation of dynamic changes in hair shaft, melanin, and collagen during the C57BL/6 follicle cycle. bioRxiv. 2025. doi:10.1101/2025.09.15.676351.
  18. Vora LK et al. Long-acting microneedle formulations. Adv Drug Deliv Rev. 2023;201:115055.
  19. Xiang H et al. Dissolving microneedles for alopecia treatment. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023;229:113475.
  20. Xiao T et al. Microneedle assisted delivery of epidermal and dermal stem cells to promote hair growth. J Mater Sci. 2024;59(19):8427-40.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Bioengineering3BDOWnt cateninAndrogenetic alopeciaHair regenerationMicroneedleTransdermal delivery

Gerelateerde artikelen