光固化3D打印絲素蛋白微針用于增強(qiáng)透皮遞送和皮膚再生的精密工程

來源：EFL生物3D打印與生物制造

數(shù)字光處理（DLP）制造的絲素蛋白（SF）微針（MNs）在透皮應(yīng)用中潛力巨大，但臨床轉(zhuǎn)化面臨兩大挑戰(zhàn)：制造精度不足，難以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分辨率；機(jī)械強(qiáng)度不夠，無法有效穿透表皮。  來自蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院、現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室的李剛教授、張駿副教授團(tuán)隊，開發(fā)了甲基丙烯酸酯化絲素蛋白（Sil-MA）生物墨水，該墨水兼具高生物相容性和增強(qiáng)的可打印性。通過系統(tǒng)優(yōu)化材料配方、打印參數(shù)和微針幾何形狀，成功制造出具有精確結(jié)構(gòu)控制和優(yōu)異機(jī)械性能的DLP打印Sil-MA微針。這些微針無細(xì)胞毒性，能高效透皮遞送三種不同的皮膚治療藥物，還能作為機(jī)械刺激劑顯著促進(jìn)表皮角質(zhì)形成細(xì)胞增殖。  相關(guān)工作以“Digital Light Processing of Methacrylated Silk Fibroin Microneedles: Precision Engineering for Enhanced Transdermal Delivery and Skin Regeneration”為題發(fā)表在《ACS Applied Bio Materials》上。

通過優(yōu)化Sil-MA材料制備路線，結(jié)合FTIR、XRD等光譜分析及流變學(xué)測試，研究Sil-MA的結(jié)構(gòu)和墨水性能，結(jié)果表明Sil-MA-3適合DLP打印且性能優(yōu)良。

圖1. Sil-MA制備工藝優(yōu)化及墨水流變學(xué)。  

通過調(diào)整光強(qiáng)度、曝光時間等打印參數(shù)，結(jié)合光學(xué)顯微鏡觀察，研究參數(shù)對微針打印精度的影響，結(jié)果確定了最優(yōu)打印參數(shù)和模型。

圖2. 微針打印參數(shù)優(yōu)化。

通過壓縮試驗(yàn)、豬皮膚穿透等測試，研究不同形狀微針的機(jī)械性能，結(jié)果顯示錐形微針機(jī)械強(qiáng)度和穿透性更優(yōu)。

圖3. 微針機(jī)械性能評估。  

通過細(xì)胞培養(yǎng)、活死染色及MTT實(shí)驗(yàn)，研究Sil-MA材料的生物相容性，結(jié)果表明其無細(xì)胞毒性，相容性良好。

圖4. Sil-MA的細(xì)胞相容性驗(yàn)證。  

通過Franz擴(kuò)散池和拉曼光譜，研究微針對藥物透皮遞送的作用，結(jié)果顯示微針能顯著增強(qiáng)多種藥物的滲透。

圖5. 微針的透皮藥物遞送性能。  

通過小鼠實(shí)驗(yàn)及組織染色，研究微針機(jī)械刺激對皮膚再生的影響，結(jié)果表明其能促進(jìn)再生相關(guān)因子表達(dá)。

圖6. 微針機(jī)械刺激促進(jìn)皮膚再生。

研究結(jié)論
本研究成功利用DLP技術(shù)制備出Sil-MA微針，經(jīng)優(yōu)化材料配方、打印參數(shù)和微針幾何形狀，微針具備精確結(jié)構(gòu)與優(yōu)異機(jī)械性能，無細(xì)胞毒性。其能高效透皮遞送多種皮膚治療藥物，還可作為機(jī)械刺激劑，顯著促進(jìn)表皮角質(zhì)形成細(xì)胞增殖，上調(diào)皮膚再生相關(guān)標(biāo)志物（如Ki67、CK14 等）表達(dá)，有效加速皮膚修復(fù)與再生進(jìn)程，為透皮給藥及皮膚再生治療提供了創(chuàng)新且具潛力的策略，相關(guān)成果發(fā)表于《ACS Applied Bio Materials》 。

文章來源：
https://doi.org/10.1021/acsabm.5c00621