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康復大學周祺惠/易兵成 J. Adv. Res.:模擬蚊喙無感知叮咬機理開發出凹面微針貼片用于眼部麻醉
2024-08-24  來源:高分子科技

  局部麻醉在眼科手術中應用廣泛,主要依賴于麻藥與神經細胞膜上鈉離子通道的結合,阻斷神經電信號傳導。傳統眼部麻醉方式以針阻滯技術為主,包括球后麻醉和球周麻醉。然而,針阻滯技術不僅存在針頭錯位、眼球意外穿孔和破裂、眼外肌損傷、及麻藥易擴散至眼球蛛網膜等風險,其長針結構和疼痛伴隨還會引起患者焦慮和內心恐懼。因此,尋找安全、簡便、無痛的局部麻醉新策略是眼科臨床手術的發展方向。


  自然界存在這么一種現象,當蚊子咬人時會利用其口器刺穿人體皮膚吸取血液,同時分泌一種特殊麻醉劑來減輕或消除叮咬部位疼痛感。受此啟示康復大學周祺惠研究員/易兵成副研究員開發了一種貼合人體眼球結構的凹面可溶性載藥(利多卡因)微針體系MNs@Lido),以模擬蚊喙無感知叮咬機理實現利多卡因的眼部麻醉效果1)。


受蚊喙結構啟示的凹面可溶性載藥微針設計示意圖


2 MNs@Lido物理特性組織可穿透能力


  鑒于透明質酸HA眼液和角膜重要組成部分)可調節傷口愈合進程,本研究選HA和聚乙烯吡咯烷酮(PVPFDA批準)混合材料體系負載利多卡因Lido),并將其設計弧形適應眼球形狀。為增強微針的可穿透能力將微針單體設計成四叉錐體結構,以同心圓圖案方式排列在微針內部。為保證微針有效地穿透角膜層,每個微針設計高度500 μm,基部寬度275 μm。將制備的MNs@Lido按壓兔眼球25秒時,觀察到微針明顯溶解,并伴有超過75%Lido累積釋放。此外,在針孔周圍區域觀察到HA溶解并均勻得分散到組織中確保Lido在角膜組織中的有效釋放(2


3 MNs@Lido生物相容性評估


  針對微針成分(包括LidoHAPVPMNs@Lido)的生物相容性,作者發現高濃度Lido影響細胞活力。鑒于臨床Lido靜脈內劑量1mg/kg,可以推測MNs@LidoLido的負載量為70 mg用于局部麻醉安全可靠。此外,PVPMNs@Lido0~800 g/mL濃度范圍內均顯示出良好的生物相容性3


4 MNs@Lido使用后微針孔道的自愈合情況


  為驗證MNs@Lido在角膜中的機械穿透能力,作者對微針治療區域周圍的眼球組織進行了局部觀察,并發現眼球表面形成的不同微針孔通道與微針尺寸大小相匹配。微針插入后5 min內對角膜進行光學相干斷層掃描插入h后對角膜組織基質和內皮細胞層分析、插入24h后對角膜組織切片分析觀察到微針孔通道的顯著自愈,對角膜組織未產生明顯的不可逆損害4


5 MNs@Lido局部麻醉效果


  最后,作者選用大鼠足底切口疼痛模型和家兔角膜反射模型驗證MNs@Lido麻醉效果結果表明,MNs@Lido使用后在153045 min閾值顯著改善,且麻醉效果可持續 60 min與單純載Lido貼片相比,微針的使用可顯著提高麻醉功效(5


  綜上,本研究模擬蚊喙無感知叮咬機理,利用微成型技術成功制備貼合人體眼球結構的凹面可溶性微針體系用于Lido在眼科麻醉手術中的局部遞送。MNs@Lido貼片不僅可有效穿透眼角膜組織溶解釋放Lido,還表現出優異生物相容性促進遺留的微針孔道愈合重要的是,MNs@Lido貼片具有顯著的眼部麻醉效果且可維持30 min以上這為眼科疾病的治療提供了一種快速、無痛的局部麻醉新策略。相關論文“A Mosquito Proboscis-Inspired Cambered Microneedle Patch for Ophthalmic Regional Anaesthesia”為題,近日發表在《Journal of Advanced Research》上。本工作第一作者為碩士生劉學全,通訊作者為康復大學周祺惠研究員/易兵成副研究員與青島大學附屬醫院董河主任。該工作得到山東省青年泰山學者計劃、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、青島市自然科學基金和煙臺開發區科學技術領軍項目等項目的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.07.020

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(責任編輯:xu)
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