基于PLGA微球封装5-FU与TA共载可溶性微针改善瘢痕疙瘩治疗中局部药物暴露时间匹配

《RSC Pharmaceutics》：Dissolving microneedle-mediated co-delivery of triamcinolone acetonide and PLGA-encapsulated 5-fluorouracil for improving temporal alignment in keloid therapyOpen Access

瘢痕疙瘩是纤维增生性瘢痕，以胶原过度沉积、持续炎症和高复发为特征，而常规疗法仍受疼痛、重复给药和疗效可变限制。为解决这些局限，研究人员开发了曲安奈德（triamcinolone acetonide, TA）和5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil, 5-FU）包载于聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA）微球（microspheres, MSs）的可溶性微针（dissolving microneedle, DMN）平台（T5PMN）。T5PMN可实现缓释、微创局部联合治疗，并改善局部药物暴露的时间匹配。载5-FU的PLGA微球显示出成功包封、相对均匀的粒径分布、约83.5%的包封率和约2周的缓释。这些MSs被整合到含TA的微针中，微针通过微模塑制备，所得T5PMN具有适当形态、均匀微球分布和足够机械强度以穿透皮肤。使用猪皮肤的体外插入研究证实可靠皮肤穿透和可重复微通道形成。使用猪皮肤的离体Franz扩散池研究进一步证实完整T5PMN贴片同时释放两种药物，到第15天TA和5-FU分别达到91.8 ± 3.5%和71.8 ± 8.4%累积释放。在鼠瘢痕疙瘩样瘢痕模型中，T5PMN有效减少瘢痕进展、表皮厚度、组织质量和局部炎性细胞因子水平，同时取得与物理混合TA/5-FU载DMN（T5DMN）制剂相当的治疗结局。总体而言，这些发现表明PLGA介导的5-FU缓释改善了局部药物暴露与TA的时间匹配，支持T5PMN作为有前景的瘢痕疙瘩局部治疗平台。

瘢痕疙瘩（keloid）是病理性的纤维增生性疾病，以胶原过度沉积和创面愈合失调为特征，形成超出原伤口边界的持续性隆起病变。尽管已有皮质类固醇、抗代谢药和手术等多种治疗方式，瘢痕疙瘩管理仍因高复发率和疗效不一致而具有挑战性。曲安奈德（triamcinolone acetonide, TA）作为一线药物，具有抗炎、抗增殖和血管收缩作用，但单药治疗存在剂量依赖性不良反应，包括皮肤萎缩和色素改变。TA与5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil, 5-FU）联合治疗已被广泛探索，5-FU作为嘧啶类似物可抑制成纤维细胞增殖和胶原合成，与TA互补；临床研究和系统评价显示TA–5-FU联合可提供更优瘢痕改善和/或减少不良反应。然而，传统病灶内注射存在局部药物分布差异、疼痛和重复给药负担导致的依从性降低等实际限制。更关键的是，5-FU从注射部位快速清除，局部暴露窗口短，而TA因水溶性差可在局部持续较长时间，二者局部滞留时间和药理暴露差异导致时间错配，可能限制协同药理作用并降低总体疗效。因此，实现持续且改善的局部递送暴露时间匹配，是瘢痕疙瘩治疗的关键未满足需求。可溶性微针（dissolving microneedles, DMNs）作为微创经皮和皮内递送平台，可绕过角质层，实现局部给药，并以无痛应用提高患者依从性，尤其适合包括病理性瘢痕在内的局部皮肤疾病。DMN系统已用于瘢痕组织的机械调节和TA等抗纤维化药物的局部递送，并可通过处方和结构工程实现持续或可编程递送。尽管如此，对于释放特征不同的药物，如何实现局部药物暴露的改善时间匹配仍是重要设计挑战。为此，研究人员提出将快速清除药物制成持续释放制剂，同时维持长效药物的同步递送。PLGA作为可生物降解和生物相容性聚合物，因降解动力学可调和可持续释放而被广泛用于控释递送；将5-FU包封于PLGA微球（microspheres, MSs）中，可为5-FU生成缓释储库并延长局部暴露。与TA共同整合入微针平台后，该策略有望改善持续5-FU暴露与TA较长局部活性之间的时间匹配，从而解决传统TA–5-FU联合治疗的内在药代动力学错配。本研究报道了TA和5-FU包载PLGA MSs整合DMN平台（T5PMN），通过将PLGA介导的5-FU缓释与TA同步递送结合，改善TA与5-FU局部药物暴露的时间匹配。尽管TA载DMN、瘢痕调节微针系统和双相TA–5-FU递送平台已有探索，但据研究人员所知，利用PLGA MSs选择性延长5-FU释放并由此改善其与TA时间匹配、用于瘢痕疙瘩样瘢痕治疗的复合DMN平台尚未见报道。基于该设计，研究人员系统评价了T5PMN的理化性质、插入行为、药物释放动力学及在鼠瘢痕疙瘩样瘢痕模型中的治疗效果。优化DMN系统实现5-FU缓释与TA同步递送，并相较物理混合TA/5-FU病灶内注射和物理混合TA/5-FU DMN制剂（T5DMN）显示改善的治疗结局，表现为成纤维细胞增殖减少、胶原沉积降低和瘢痕结构改善。关键技术方法包括：以溶剂蒸发法制备5-FU载PLGA MSs，并用FE-SEM、粒径分析、FTIR、HPLC、Franz扩散池评价粒径、包封、释放；以微模塑和离心辅助填充制备含TA及PLGA MSs的37针DMN，并层压CMC膜；用亮场显微镜、离子束截面、机械力分析、OCT和荧光显微评价结构与皮肤插入；采用BALB/c小鼠博来霉素诱导瘢痕样模型，随机分为阴性对照、阳性对照、T5DMN和T5PMN组，每组n = 4，T5PMN和T5DMN单次给药，阳性对照多次病灶内注射TA/5-FU，14天后取材，进行激光散斑对比成像、H&E染色和IL-4、IL-6、IL-10 ELISA分析。动物实验经Yonsei University IACUC批准（IACUC-A-202511-2146-01），猪皮肤购自Cronex。研究结果中，3.1 T5PMN的设计依据与治疗概念显示，T5PMN旨在解决传统TA–5-FU病灶内注射的药代动力学和药效学限制，通过微创、空间局限的共递送改善瘢痕微环境中TA与5-FU局部暴露的时间匹配。临床中TA和5-FU以bolus混合物注射，导致5-FU快速清除和局部滞留不可预测，需频繁且疼痛的重复注射。T5PMN在DMN基质中整合游离TA，并同时整合PLGA微球包载的5-FU，从单一微创平台实现不同但互补的释放曲线。其核心设计并非简单共递送，而是改善时间匹配：DMN插入后溶解，触发TA快速突释，在24–48 h内形成高局部浓度以应对急性炎症期；PLGA包载的5-FU约2周持续受控释放，延长局部滞留。鉴于TA可能以难溶性皮质类固醇混悬液在局部持续数周，约14天的5-FU缓释被设计为部分桥接两药内在药代动力学错配。该双相释放特征表现为早期TA主导阶段，随后TA与5-FU暴露长时间重叠，为T5PMN相较物理混合T5DMN的预期治疗优势提供药代动力学依据。机制上，T5PMN同时靶向瘢痕疙瘩发病的异常炎症和慢性纤维增殖两个病理轴。快速释放TA旨在减弱病变部位白细胞募集和单核细胞相关炎症活动，降低启动成纤维细胞活化的病理细胞因子环境；PLGA MSs持续释放5-FU旨在延长抑制瘢痕疙瘩成纤维细胞增殖，抑制ECM沉积和异常胶原积累，促进成纤维细胞退化。局部TA与5-FU暴露的长时间重叠预期协同调节而非完全抑制TGF-β1、IGF-1和VEGF等促纤维化和促血管生成介质。为在体内评价该治疗概念，研究人员在鼠瘢痕疙瘩样瘢痕模型中比较T5PMN与物理混合T5DMN及单药对照，通过宏观瘢痕外观、组织学和细胞因子分析评估疗效，以H&E和甲苯胺蓝染色评估组织学变化并量化表皮厚度作为瘢痕消退替代指标，以ELISA检测IL-4、IL-6和IL-10评估局部免疫调节反应。3.2 PLGA MSs的药物加载、表征和释放行为显示，研究人员通过形貌、粒径分布和化学特征评价5-FU载PLGA MSs。溶剂蒸发法制备的微球呈球形、表面光滑、无可见药物晶体，提示成功乳化和溶剂蒸发，5-FU主要包封于聚合物基质而非表面沉积，有利于减少突释并实现缓释；粒径为13.63 ± 1.74 μm，CV为12.8%，提示处方重复性较好，均匀粒径有利于均一整合入DMN基质。FTIR显示空白PLGA MSs和5-FU载PLGA MSs具有PLGA特征谱带，而游离5-FU呈不同吸收模式，支持5-FU成功包封且未引起聚合物基质明显化学相互作用或结构改变，提示缓释主要由PLGA内在降解和扩散特性决定，释放过程包括初始扩散主导、聚合物水化成孔以及后期侵蚀主导阶段。包封率为83.5 ± 5.7%，5-FU在约2周内接近完全释放，证实PLGA MSs缓释。比较不同PLGA比例时，50:50和55:45释放曲线接近重叠，第14天累积释放分别为83.1 ± 5.5%和79.1 ± 5.5%，因在该时间窗内无明显动力学优势，选择50:50 PLGA用于后续T5PMN制备，药物加载量为4.9 ± 1.5%（w/w）。游离5-FU则呈快速突释。用猪尸体皮肤进行Franz扩散池研究显示，完整T5PMN贴片中TA和5-FU在15天内逐渐释放，TA在几乎所有时间点累积释放高于5-FU，分别达91.8 ± 3.5%和71.8 ± 8.4%。研究人员指出，Franz扩散池仅反映经皮释放和渗透动力学，不追踪PLGA微球在真皮间质中的长期滞留，也不能确认离体释放曲线代表体内条件。3.3 T5PMN的制备、表征和皮肤插入性能显示，研究人员采用微模塑结合离心辅助填充制备T5PMN，因处方含较高载量药物组分。脱模后T5PMN阵列针形完整，提示制备条件可维持针体完整性。离子铣削截面确认5-FU载PLGA微球成功整合入T5PMN基质，微球相对均匀分布，无明显聚集或局部结构破坏，为可重复局部储库和缓释提供结构基础。断裂力为每针约0.59–0.81 N，明显高于皮肤穿透所需最小力约0.058 N，表明机械强度足够；尽管加入PLGA微球提高固含量，T5PMN仍保持结构完整和足够断裂力。在猪尸体皮肤上覆盖八层parafilm模拟纤维化组织增加的机械阻力后，OCT显示T5PMN仍成功穿透皮肤并形成明显微通道；罗丹明B载贴片在猪皮肤真皮表面形成规则荧光点阵，提示全贴片插入一致；在瘢痕诱导小鼠背部皮肤也观察到类似插入模式。结论为T5PMN保持结构完整性、机械稳健性和可重复皮肤插入，适合作为局部缓释递送平台。3.4 T5PMN给药的体内评价显示，研究人员用长期规律博来霉素注射诱导的小鼠皮肤瘢痕模型评价T5PMN疗效。宏观观察中，阴性对照组显示明显隆起纤维化病变和红斑，而T5PMN应用后皮肤更平坦、炎症更轻，宏观改善与T5DMN相当。LSCI显示严重纤维化病变血流灌注降低，除阴性对照外所有治疗组较未治疗对照改善血流灌注；T5PMN仅需单次应用即达到与阳性对照相当的宏观结局，提示可减少治疗负担。H&E显示阴性对照出现致密、紊乱胶原束和显著表皮增厚，表皮厚度为600.6 ± 19.6 μm，组织质量为42.1 ± 8.27 mg；T5PMN组表皮厚度为394.9 ± 7.7 μm，组织质量为16.4 ± 1.5 mg，为所有治疗组中最低。阳性对照虽接受多次TA/5-FU混合液注射，但表皮厚度和组织质量高于T5PMN和T5DMN组，研究人员认为可能与重复病灶内注射引起累积机械损伤和局部炎症反应有关。T5PMN与T5DMN在降低表皮厚度和组织质量方面相当，其主要优势在于PLGA介导的5-FU缓释，通过包封5-FU减少物理混合制剂的快速突释，延长局部药物暴露，可能减少局部药物过度积累并维持持续抗纤维化活性，同时改善TA与5-FU局部暴露时间匹配，延长互补药理作用。组织学还显示T5PMN治疗后成纤维细胞密度和ECM沉积减少，但胶原沉积是通过H&E形态计量间接评估，未来应加入Masson三色或天狼星红染色直接定量。细胞因子分析中，IL-4和IL-6作为连接局部炎症反应与成纤维细胞活化、胶原合成的上游介质，IL-10作为代偿性抗炎反应标志。阴性对照中IL-4和IL-6分别显著升高至7.5 ± 0.82 pg/mL和1.6 ± 0.47 pg/mL；T5PMN给药后这些细胞因子明显受抑，与阳性对照组无显著差异。T5DMN虽较阴性对照抑制IL-4，但其5.3 ± 0.75 pg/mL仍显著高于T5PMN的3.4 ± 0.95 pg/mL；因T5PMN与T5DMN主要差异为PLGA介导的5-FU缓释，提示延长局部药物暴露有助于增强炎症反应抑制。IL-10在阴性对照最低（0.5 ± 0.15 pg/mL），所有治疗组均升高，提示抗炎微环境恢复。促成炎因子与抗炎因子相反趋势支持T5PMN整体免疫调节作用。讨论部分指出，T5PMN在单次应用后显示局部治疗瘢痕疙瘩样瘢痕的潜力；虽然既往研究已证实DMN介导TA和5-FU混合物的疗效，T5PMN额外优势为PLGA介导的5-FU缓释，通过改善TA与5-FU局部暴露时间匹配，成为有前景的局部持续联合治疗。局限性包括：阳性对照接受重复注射而T5DMN和T5PMN为单次应用，因此该比较反映递送模式和给药频率差异，不能解释为单独隔离微针递送模式；T5DMN比较用于隔离PLGA包封的影响；未来需加入剂量匹配的单次注射TA/5-FU组以区分变量。本研究评估14天终点，与PLGA介导的5-FU释放完成相近，不能区分短暂与持久疗效；需增加时间点。小鼠模型具有功能性免疫防御，可研究损伤性瘢痕过程，但病变仍为化学诱导替代，未来需用瘢痕疙瘩来源成纤维细胞异种移植于免疫缺陷宿主模型验证。结论翻译：在本研究中，研究人员开发并评价了T5PMN，一种复合可溶性微针平台，旨在通过PLGA介导的5-FU缓释改善TA与5-FU局部药物暴露的时间匹配。所制备的T5PMN具有足够机械强度以实现可靠皮肤插入，并实现约2周的5-FU缓释。在博来霉素诱导的鼠瘢痕模型中，单次应用T5PMN有效减少瘢痕进展、表皮厚度、组织质量和局部炎性细胞因子水平，同时取得与重复病灶内注射及物理混合TA/5-FU载DMN相当的治疗结局。总体而言，这些发现表明T5PMN提供的治疗结局与其预期机制一致，即TA与5-FU之间持续、时间匹配的局部药物暴露，支持其作为瘢痕疙瘩局部治疗的有前景策略。然而，由于这些结局在单一14天终点评估，恰逢PLGA介导的5-FU释放完成，不能区分短暂与持久治疗效果，也不能表征治疗起效动力学。未来研究纳入更早和延长的时间点，以确定T5PMN观察到的益处是否持久并转化为长期复发减少，这仍是瘢痕疙瘩治疗的最终临床基准。