海绵骨针经皮提取技术：疾病诊断与治疗药物监测的新策略

《Scientific Reports》：Percutaneous extraction using sponge spicules for disease diagnosis and therapeutic drug monitoring

本研究针对传统有创采样的局限性，开发了一种基于海绵Haliclona sp.骨针（SHS）的经皮提取新方法。研究人员通过体外正交实验优化提取参数，并系统评估了不同理化性质靶向化合物（包括荧光素钠、罗丹明B、水杨酸、FD1k、尿素、葡萄糖）的提取效率，证实SHS提取浓度与皮肤各层及血液中靶标含量呈显著线性相关（如葡萄糖R2=0.9081）。该技术为无创疾病诊断和治疗药物监测提供了新平台。

　　

在精准医疗时代，疾病诊断和治疗药物监测已成为评估患者生理状态和优化治疗方案的关键环节。然而，传统血液采样存在针刺疼痛、交叉感染风险和医疗废物处理等问题，而现有无创采样技术如微针、超声和反向离子导入法又面临设计复杂、耗时长或个体差异影响大等挑战。皮肤作为人体最大器官，其角质层屏障作用使得直接获取体内分子信息变得困难，这促使研究人员寻找更安全高效的新型经皮采样技术。

厦门大学研究团队在《Scientific Reports》发表的最新研究中，创新性地利用海洋海绵Haliclona sp.骨针（SHS）作为天然微针，开发了一种新型经皮提取技术。该技术通过SHS在皮肤表面形成大量微通道（约10³个/mm²），显著提高皮肤渗透性，实现了对多种靶向化合物的高效提取。

研究团队首先通过体外实验比较了SHS与微针滚轮、超声和反向离子导入法的提取效率。以荧光素钠为模型药物，结果显示SHS组提取量（4433.97±1208.99 ng/mL）显著高于其他方法，分别是对照组的12.47倍（反向离子导入）、8.49倍（微针滚轮）和9.32倍（超声）。

通过正交实验设计，研究人员进一步优化了SHS提取参数，确定最佳条件为：SHS剂量0.05 mg/mm²、生理盐水为提取溶剂、提取时间2分钟。在此基础上，团队系统评估了不同分子量（60-2000 Da）和脂溶性（logP -7.72至2.26）的化合物提取效果，发现SHS可有效提取分子量1000 Da以下的化合物。

在体实验方面，研究选取水杨酸和葡萄糖作为亲水性模型分子，cyclosporin A作为疏水性模型分子。结果显示，SHS提取浓度与血液中亲水性化合物含量呈显著线性相关（水杨酸R²=0.8503，葡萄糖R²=0.9081）。

动力学研究表明，SHS可实时跟踪血液中水杨酸浓度的动态变化，预测值与实测值无显著差异。然而，对于疏水性化合物cyclosporin A，其提取浓度与血液水平未见明显相关性，提示该技术目前更适用于亲水性化合物的监测。

基于皮肤渗透理论，研究团队还建立了SHS经皮提取的数学模型：log k_p=2.9711+0.00235MW-0.059526logP+6.7506logMW^-0.6（R²=0.7820）。该模型可预测特定理化性质化合物的提取效率，为后续应用提供理论指导。

本研究的关键技术方法包括：SHS的制备与纯化（基于专利ZL201610267764.6）、体外经皮提取实验（使用垂直Franz扩散池）、在体动物实验（SD大鼠、BALB/c和C57BL/6J小鼠）、靶向化合物分析（荧光光谱法和UHPLC-MS/MS）以及数学模型构建。

研究结果表明，SHS经皮提取技术具有以下优势：提取效率高、操作简便、自然降解（72小时内）、生物安全性好。特别值得关注的是，该技术可实现对亲水性化合物的实时监测，为糖尿病（葡萄糖监测）和水杨酸中毒等临床情况提供了新的解决方案。

讨论部分指出，SHS形成的纳米级环形通道使其渗透特性介于完整皮肤和微孔皮肤之间。虽然当前模型可解释78.20%的变异，但皮肤异质性、生理动态因素等复杂生物学特性仍需在后续模型中加以完善。

该研究首次系统证实了海绵骨针在经皮采样领域的应用潜力，不仅为无创诊断和药物监测提供了新方法，也为海洋生物材料在生物医学领域的应用开辟了新途径。随着技术的进一步优化和验证，SHS有望成为精准医疗中重要的无创采样工具，显著提高患者依从性和临床监测精度。