Elektronintegrert kontrollert transdermal legemiddellevering - Tre papirer av høy kvalitet fra Nature-Family Journal

Microneedle arrays representerer en lovende minimalt-invasiv medisinsk teknikk for nesten smertefri transdermal medikamentlevering. Mikronåler trenger inn i stratum corneum for å bygge stofftransportveier mens de unngår dermale blodårer og nerveender for å minimere smerte og blødning. Til dags dato har kjemisk modifikasjon og fysisk strukturell optimalisering forbedret ytelsen til mikronål-mediert medikamentlevering.

Ikke desto mindre opererer de fleste eksisterende mikronålsystemer i en passiv frigjøringsmodus, hvor medikamentfrigjøring hovedsakelig styres av materialhevelse eller oppløsning. Dynamisk og presis innstilling av administrasjonstidspunkt og dosering er fortsatt utfordrende. Integrering av mikronålsarrayer med elektroniske kontrollsystemer for å oppnå aktiv transdermal levering på forespørsel har blitt en kritisk flaskehals og en viktig utviklingsretning for neste generasjons medisinske mikronålsutstyr.

Denne artikkelen inneholder tre artikler med stor gjennomslagskraft publisert iMikrosystemer og nanoteknikk(et Nature-tidsskrift). Studiene er fra forskningsgruppen til Prof. Peter B. Lillehoj (Rice University, USA), forskerteamet ledet av Prof. Lelun Jiang (School of Biomedical Engineering, Sun Yat‑sen University), og Prof. Lingqian Changs gruppe (School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University). De dekker tre banebrytende retninger: blodfri hurtigdiagnostisk mikronålshudplaster, smarttelefondrevet iontoforese-mikronål-array for kontrollert transdermal levering, og mikronanoenheter for stomatologisk og oftalmologisk diagnose og terapi. Disse arbeidene gir verdifulle referanser for mikronål-basert diagnose, intelligent medikamentlevering og utvidede tverrscenarioapplikasjoner.

---Utmerket artikler verdt å lese ---

01 Mikronål-basert hudplaster for blodfri rask diagnostisk testing

Forfattere: Jiang, X., Lillehoj, PBTidsskrift: Microsyst Nanoeng, 6, 96 (2020) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑020‑00206‑1 (Bilder med tillatelse fra forfatterne)

Denne studien presenterer en hul-mikronål-integrert hudlapp. I stedet for blodprøvetaking, trekker enheten ut dermal interstitiell væske via mikronåler og utfører visuell protein-biomarkørdeteksjon ved å koble sammen med kolloidalt gull lateral-flow teststrimler. TarPlasmodium falciparumhistidinrikt protein 2 (PfHRP2, malaria biomarkør) som proof-of-concept-målet, oppnår analysen en deteksjonsgrense ned til 8 ng/ml innen mindre enn 20 minutter uten store instrumenter. Dette arbeidet demonstrerer for første gang kombinasjonen av mikronåler og lateral-flow immunoassay, og tilbyr en ny blodfri POCT-løsning for ressursbegrensede regioner.

02 Smarttelefondrevet iontoforese-mikronålsmatriseplaster for kontrollert transdermal levering

Forfattere: Yang, J., Li, Y., Ye, R.et al. Tidsskrift: Microsyst Nanoeng, 6, 112 (2020) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑020‑00224‑z (Bilder med tillatelse fra forfatterne)

Forskjellig fra konvensjonelle mikronåler med passiv frigjøring, utvikler dette arbeidet en IMAP-lapp som kombinerer mikronålsarrayer med iontoforese. Drevet av en smarttelefon implementerer den en integrert "penetrasjons-diffusjon-iontoforese" arbeidsflyt for medikamentadministrasjon. Etter piercing av stratum corneum, trekker mikronåler seg tilbake; iontoforese driver insulinbelastede nanovesikler gjennom hudens mikrokanaler. Legemiddeldosering kan reguleres dynamisk ved å justere elektrisk strømintensitet. I type-1-diabetiske rottemodeller opprettholder systemet normoglykemi i lang tid og reduserer risikoen for hypoglykemi sammenlignet med subkutan injeksjon. Dette arbeidet bekrefter at elektronisk-mikronål-integrasjon muliggjør aktiv transdermal levering på forespørsel av makromolekylære terapier.

03 Mikro/nanoapparater for utredning og behandling innen stomatologi og oftalmologi

Forfattere: Sheng, A., Lin, L., Zhu, J.et al. (Tilsvarende forfatter: Prof. Lingqian Chang)Tidsskrift: Microsyst Nanoeng, 7, 11 (2021) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑021‑00238‑1

Denne gjennomgangen går utover kutane transdermale scenarier, og utvider mikronåler og forskjellige mikronanoenheter til spesielt slimhinnevev for stomatologi og oftalmologi. Den oppsummerer systematisk materialproduksjon, enhetsdesignprinsipper og biosikkerhetshensyn for mikronanoenheter, og dekker biokjemisk sensing fra celle- til vevsnivåer, samt terapeutiske strategier rettet mot munnkreft, keratitt, periorbitale rynker og orale infeksjonssykdommer. Viktige translasjonsflaskehalser er også diskutert. Gjennomgangen krever tverrfaglig samarbeid mellom klinikere og ingeniørforskere for å akselerere klinisk oversettelse av mikro-nano medisinsk utstyr for munn- og øyepleie.