可溶解微针给药结合超声空化技术可提升Ce6对黑色素瘤的渗透能力

《International Journal of Nanomedicine》：Dissolvable Microneedle Administration Combined with Ultrasonic Cavitation Promotes Melanoma Penetrating Capability of Ce6

氯靛酚负载纳米粒结合微针与超声波的协同递送系统显著提高浅表肿瘤治疗效率，通过微针穿透皮肤屏障并利用超声波空化效应增强药物渗透深度达2.5-4倍，同时促进纳米粒释放实现时空可控的靶向治疗。

　　近年来，皮肤癌作为一种高度侵袭性的表浅恶性肿瘤，其发病率和死亡率逐年上升，对患者的身体和心理造成了严重负担。表浅肿瘤，如黑色素瘤、基底细胞癌、鳞状细胞癌、头颈癌和人类口腔表皮癌等，因其独特的外观特征，给治疗带来了诸多挑战。其中，黑色素瘤因其高度恶性、快速扩散的特性，成为临床治疗中的重点难题之一。传统治疗方法如手术切除、放疗和化疗等虽有一定效果，但存在侵入性强、副作用大、疗效有限等问题。因此，寻找一种安全、高效且具有靶向性的治疗手段显得尤为迫切。

在此背景下，超声动力疗法（Sonodynamic Therapy, SDT）因其无创性、低系统毒性以及在表浅肿瘤治疗中的良好前景，逐渐受到关注。SDT的核心机制是利用超声波激活具有光敏特性的药物（即“声敏剂”），使其在肿瘤组织中产生大量活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS），从而诱导癌细胞凋亡。然而，SDT在临床应用中面临两个关键瓶颈：一是声敏剂在肿瘤组织中的聚集能力不足，二是其穿透能力有限，难以有效到达深层肿瘤区域。这些问题严重制约了SDT的治疗效果，因此，开发一种能够提升声敏剂在肿瘤部位聚集和穿透能力的新型药物递送系统成为研究重点。

为解决上述问题，研究人员提出了一种“分步式药物递送”策略，结合了可溶解微针（Microneedle, MN）与超声响应型纳米颗粒（US-responsive nanoparticles）的应用。该系统以氯啉E6（Chlorin e6, Ce6）为声敏剂，其具有较高的ROS生成能力，是SDT中常用的第二代声敏剂。Ce6能够快速在体内代谢，并具有较短的皮肤停留时间，这有助于减少对正常组织的毒性影响。然而，Ce6在肿瘤组织中的渗透深度和聚集能力仍需进一步优化。因此，研究团队设计了一种名为CPP@MN的新型药物递送系统，其中CPP代表Ce6-PFP@PLGA纳米颗粒，MN为微针结构。

CPP@MN系统的工作原理分为两个阶段。第一阶段为“可控初始穿透”：微针插入皮肤后，其表面的纳米颗粒会逐步溶解，释放出Ce6，使其在肿瘤组织中实现局部沉积。第二阶段为“超声诱导深层穿透”：当超声波作用于该系统时，会引起PFP（全氟戊烷）的液-气相变，形成微气泡，进而通过超声空化效应增强纳米颗粒的释放和药物的深层扩散。这种分步式递送方式不仅提高了药物在肿瘤组织中的浓度，还显著增强了其穿透能力，从而提升了SDT的整体疗效。

为了验证该系统的性能，研究团队采用了三种实验模型：体外琼脂糖皮肤模型、离体猪皮模型和体内肿瘤模型。在体外实验中，通过立体显微镜和荧光显微镜观察到，EPP@MN（以Evans Blue为模型药物）在超声照射下能够实现更深层次的药物渗透。定量分析显示，EPP@MN+US组的药物渗透深度是EPP@MN组的2.5倍。在离体猪皮实验中，DPP@MN（以DiO为模型药物）与超声联合使用后，药物渗透深度达到339.63 ± 17.46 μm，比DPP@MN组提升了3.85倍。在体内实验中，DPP@MN+US组的药物渗透深度为352.36 ± 20.40 μm，是DPP@MN组的3.51倍。这些结果表明，该系统在不同实验模型中均能显著提高药物在肿瘤部位的渗透能力。

此外，研究团队还对CPP@MN的机械强度和溶解性进行了评估。结果显示，CPP@MN在插入离体猪皮后，能够在1分钟内快速溶解，且其机械强度能够承受高达2N的压力，远高于穿透人体皮肤所需的最小压力（约0.058N）。这一特性确保了微针在使用过程中不会因压力不足而断裂，同时其快速溶解的特性有助于药物的高效释放。通过对比不同超声参数（如功率、频率和作用时间）对药物释放的影响，研究发现，当超声强度为1.2 W/cm2、作用时间为3分钟时，Ce6的释放效率达到43.08 ± 10.85%，显著高于其他条件下的释放率。然而，当超声强度超过1.2 W/cm2且作用时间超过1分钟时，释放曲线出现下降趋势，这可能是由于超声空化效应导致的药物损失。

在细胞层面，研究团队通过细胞摄取实验和ROS检测进一步验证了该系统的有效性。实验显示，CPP@MN在超声照射下能够显著增强Ce6在细胞内的摄取能力，且其在超声作用下的ROS生成水平远高于单纯使用Ce6或超声照射的对照组。通过活/死细胞染色实验，研究人员发现，CPP@MN+US组的细胞死亡率显著提高，表明该系统能够有效诱导癌细胞凋亡。同时，活细胞的荧光强度在4小时内达到峰值，并在8小时后趋于稳定，说明CPP@MN在细胞内具有良好的分布特性，且其生物相容性良好，对细胞活性无明显影响。

在体内实验中，研究人员采用B16F10肿瘤模型，评估了CPP@MN+US的抗肿瘤效果。结果显示，经过13天的治疗，CPP@MN+US组的肿瘤体积增长显著减缓，与对照组相比，其肿瘤抑制效果更为明显。组织病理学分析（H&E染色和TUNEL染色）进一步表明，CPP@MN+US组的肿瘤组织表现出明显的细胞凋亡和坏死特征，而未接受治疗的对照组则未观察到类似变化。此外，小鼠的体重在治疗过程中保持稳定，说明该系统对动物体的毒副作用较低，具有良好的安全性。

从整体来看，CPP@MN系统通过分步式递送策略，显著提升了声敏剂在肿瘤组织中的聚集和渗透能力，为SDT在表浅肿瘤治疗中的应用提供了新的思路。该系统结合了微针的微创特性和超声空化效应的深层穿透能力，能够在不破坏皮肤结构的前提下，将药物精准递送至肿瘤部位。同时，该系统避免了传统药物递送方式中可能带来的全身毒性问题，为提高SDT的临床转化率提供了有力支持。

值得注意的是，尽管CPP@MN系统在实验中表现出良好的性能，但仍存在一些需要进一步优化的问题。例如，微针的材料限制了其载药能力，导致肿瘤抑制效果不够显著。此外，由于体内肿瘤的形状不规则，微针在插入过程中可能无法完全覆盖病变区域，从而影响治疗效果。因此，未来的研究方向应包括对微针材料的改进，以提高其载药能力；以及优化微针插入技术，确保其能够均匀覆盖肿瘤区域。同时，进一步探索超声参数的优化，以实现更精准的药物释放和更高的治疗效率，也是提升该系统临床应用价值的重要途径。

总的来说，该研究通过开发一种新型的“分步式药物递送”系统，为表浅肿瘤的SDT治疗提供了新的解决方案。该系统不仅克服了传统药物递送方式在肿瘤组织渗透和药物聚集方面的不足，还通过微针与超声的协同作用，实现了对肿瘤组织的高效靶向治疗。未来，随着技术的不断进步和材料的持续优化，该系统有望在临床中得到更广泛的应用，为表浅肿瘤患者带来更安全、更有效的治疗选择。