《Colloid and Interface Science Communications》：Microneedles-photothermal therapy synergy in biomedicine: Innovations and applications
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微针-光热疗法（MN-PTT）系统通过整合精准药物递送与近红外触发的热消融，在肿瘤治疗、伤口修复及多种疾病管理中展现协同优势，其材料创新与跨领域整合为个性化治疗提供新框架，但仍需解决临床转化中的生物安全性和多模态优化问题。
何丹|梁天|钟永进|兰肯福|叶思琪|吴英英|莫安春
国家口腔疾病临床研究中心口腔疾病国家重点实验室，四川大学华西口腔医院种植科，中国四川省成都市610041
摘要
微针（MNs）作为一种微创透皮平台，能够实现精确的局部药物输送，并提高患者的依从性。将微针与光热疗法（PTT）结合，可以实现空间靶向输送和近红外触发热消融，从而在肿瘤治疗、伤口愈合及多种疾病管理方面发挥协同作用。本文系统地探讨了微针-光热疗法系统的设计策略及其在不同疾病中的应用。在肿瘤治疗中，通过将PTT与化疗、化学动力学疗法、免疫疗法和气体疗法相结合等先进技术和多模式方法，克服了传统治疗的局限性。在伤口管理方面，仿生结构和响应微环境的材料可实现实时监测和自适应药物释放。对于其他疾病，如炎症性皮肤病、眼病、口腔疾病、自身免疫性疾病、代谢性疾病和其他组织损伤，微针-光热疗法系统能够提供根据具体病理情况定制的受控、按需干预，从而提高治疗效果的同时减少副作用。与以往分别研究这些领域的综述不同，本文提供了将材料与结构创新与治疗效果联系起来的跨领域分析，为微针-光热疗法系统的发展建立了统一框架。尽管取得了这些进展，但在临床转化方面仍面临挑战。未来的发展将依赖于跨学科的努力，以改善生物相容性、优化机械性能并整合多刺激响应性。人工智能辅助设计、可穿戴生物传感器和3D打印技术的结合有望提高系统的精确性、安全性和适应性，加速个性化疗法的开发。
引言
微针（MNs）作为一种创新的透皮药物输送系统，最早于1976年被提出。1998年，随着微电子制造技术的进步，利用反应离子刻蚀成功制备出功能性的微针阵列[1]，这一里程碑推动了微针技术的快速发展[2]。微针通常由直径在25至2000微米之间的针尖组成，它们能够穿透角质层，将治疗剂直接输送到表皮和真皮层。其主要优势在于可以避开皮下神经末梢的刺激，从而显著减少传统皮下注射带来的疼痛反应[3]。与传统给药方式相比，微针具有显著的临床优势：与口服给药不同，微针避免了胃肠道降解和首过代谢，提高了药物生物利用度并减少了全身剂量[4]；同时，微针作为一种无痛且安全的替代方案，消除了相关的医疗风险和心理负担，从而提高了患者的依从性和整体治疗体验[5]。
近年来，得益于纳米技术和生物材料科学的进步，微针的生物医学应用迅速扩展。一个特别有前景的方向是将微针与光热疗法（PTT）相结合，这一技术受到了广泛关注。PTT利用光热剂（PTA）将光能转化为局部热能的原理，当暴露于近红外（NIR）辐射时，这些光热剂会产生热量，能够消融肿瘤细胞或病原微生物。这种方法具有较低的系统性生物毒性、较短的治疗时间、证实的有效性以及高的空间选择性，在肿瘤学和抗菌治疗中得到了广泛应用[6]、[7]、[8]。光热转换效率主要取决于PTA的物理化学性质和NIR的具体波长。常用的光热剂包括金纳米颗粒、碳基纳米材料（如碳纳米管和氧化石墨烯）、有机光热分子（如吲哚菁绿和IR780）以及无机纳米材料（如硫化铜）[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。NIR分为两个光谱窗口：第一窗口（NIR-I，650–950纳米）和第二窗口（NIR-II，1000–1700纳米），由于第二窗口具有更高的光热转换效率、更深的组织穿透深度和更高的最大允许暴露限值，因此常用于深层组织治疗[15]、[16]。此外，这些光热剂的热响应特性还使其可用于生物分子检测和医学成像，为诊断和生物传感应用提供了广阔前景[17]、[18]。
微针与PTT的结合融合了两种技术的优势，实现了精确的局部药物输送、增强的治疗效果和减少的副作用。这种综合方法已成功应用于化疗和免疫疗法等传统疗法，开发出了具有临床应用前景的多模式治疗平台[19]。虽然现有文献广泛介绍了微针在肿瘤学和传染病药物输送以及PTT中的单独应用，但关于微针-光热疗法系统这一新兴跨学科领域的综合综述仍然较少[20]、[21]。因此，本文旨在系统阐述载药微针系统的生物医学应用，深入分析其技术优势和临床潜力，并探讨当前面临的挑战及未来研究方向（图1）。
微针的分类
根据结构特征和药物输送机制，微针可分为五种类型：（i）实心微针；（ii）中空微针；（iii）涂层微针；（iv）可溶解微针；（v）水凝胶形成微针[22]。每种类型由于材料组成和结构设计的不同，表现出独特的药物装载模式和输送特性，使其适用于特定的临床应用（图2）。
实心微针是最基本的类型...
肿瘤治疗
微针作为一种创新的透皮药物输送平台，实现了靶向和局部治疗，提高了治疗效果并减少了全身副作用。在浅表肿瘤的治疗中，微针受到了广泛关注[52]。近年来多项研究表明，微针与PTT的结合能够产生优于传统治疗方法的效果。例如，魏等人...
临床转化面临的挑战
尽管在动物模型中取得了令人鼓舞的结果，但将微针-光热疗法系统从实验室转化为临床应用仍面临挑战。主要障碍在于所施用的纳米颗粒的长期生物安全性。尽管许多研究报道了有效的药物释放和治疗效果，且未观察到明显的器官损伤，但这些研究大多仅限于短期观察，未能阐明代谢命运、清除途径或慢性积累的风险[74]、[77]...
结论与展望
总之，微针与PTT结合使用时，可以实现治疗剂的精确组织内沉积，并利用光热转换增强局部治疗效果。这种综合方法提高了治疗效率，限制了全身暴露，减少了副作用，为新型生物医学治疗策略的开发提供了有前景的途径。本文总结了微针-光热疗法系统在肿瘤治疗、伤口修复和其他疾病领域的最新进展...
CRediT作者贡献声明
何丹：撰写——初稿、可视化、研究、概念化。梁天：撰写——初稿、研究。钟永进：撰写——审稿与编辑、研究。兰肯福：撰写——审稿与编辑。叶思琪：可视化。吴英英：撰写——审稿与编辑、监督。莫安春：监督、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了四川省科技计划（2024YFFK0294）的财政支持。
