《International Journal of Pharmaceutics》：Microneedle-based delivery strategies for cancer immunotherapy
微针（MN）技术目前被研究作为癌症免疫治疗的多功能递送平台。其可提供微创和局部递送，并可能实现缓释，同时克服传统全身给药的若干局限性。在本综述中，研究人员讨论了MN设计与不同癌症免疫治疗递送之间的关系，特别关注将MN技术与不同治疗策略相匹配。研究人员首先描述了主要的MN方法，包括溶解型、直接注射型、熔融型和基于扩散的系统，及其在癌症免疫治疗中的应用。随后，研究人员将这些应用归纳为四大策略：癌症疫苗接种（包括预防性和治疗性疫苗）、使用化疗药物和光敏剂诱导免疫原性细胞死亡（ICD）、通过经皮递送实现全身免疫治疗，以及通过瘤内递送免疫治疗药物实现局部免疫调节。最后，研究人员讨论了将基于MN的癌症免疫治疗推向临床应用的当前挑战和前景，包括制剂灵活性、生产可扩展性、剂量控制和监管考量。
癌症是由异常细胞不受控制地生长和增殖所定义的一组疾病，可在身体各部位形成恶性肿瘤。这些过程由遗传改变触发，而遗传改变源于环境暴露（如烟草烟雾、辐射和某些化学物质）、生活方式选择（如饮食和酒精消费）、感染（如人乳头瘤病毒（HPV）、肝炎病毒）以及遗传突变的共同作用。根据世界卫生组织（WHO）的数据，2024年全球约有980万人死于癌症，癌症仍然是全球重大健康挑战。过去数十年来，癌症治疗从主要依赖手术逐步扩展到放射治疗和化学治疗，虽显著改善了临床结局，但仍存在明显局限性：即使完全切除可见肿瘤后仍可能复发，且放化疗常对健康组织造成显著毒性和损伤。这些挑战推动了包括癌症免疫治疗在内的新治疗策略的发展。
癌症免疫治疗利用免疫系统识别和清除恶性细胞的能力。通过增强免疫系统对肿瘤相关抗原（TAAs）和肿瘤特异性抗原（TSAs）的识别，免疫治疗手段可诱导强效抗肿瘤反应，在某些情况下甚至可实现包括远处转移灶在内的完全肿瘤消退。当前策略包括免疫检查点阻断、过继细胞治疗和抗体治疗等。此外，疫苗接种作为癌症特异性治疗手段受到关注，可分为预防性疫苗和治疗性疫苗。约15%–20%的癌症由致癌病原体引起，因此预防感染是降低癌症发病率最具成本效益和临床效果的措施。预防性癌症疫苗通过在癌变发生前诱导针对病原体的免疫保护来预防癌症发展，如HPV疫苗已被流行病学研究证实可显著降低宫颈癌发病率。治疗性癌症疫苗则旨在通过激活针对TAAs和/或TSAs的抗原特异性T细胞来治疗已形成肿瘤的患者，但其临床疗效仍受限于肿瘤免疫逃逸、抗原异质性和免疫激活不足等挑战，凸显了改进疫苗平台和递送策略的必要性。
除治疗方式本身外，癌症免疫治疗药物的递送方式将强烈影响其生物分布、疗效和安全性。因此，创新药物递送技术已成为肿瘤学的重要研究方向。其中，微针（MN）技术因微创性和可递送多种癌症治疗药物而受到越来越多的关注。MN可实现经皮全身递送和局部皮内给药：利用皮肤密集的淋巴和血管网络，MN可促进治疗性抗体和其他药物的全身释放；同时也可实现直接进入皮肤或皮肤肿瘤的受控递送，使其特别适用于治疗皮肤恶性肿瘤和调节肿瘤微环境（TME）。本综述全面概述了基于MN的技术在癌症免疫治疗靶向和受控递送中的应用，具体考察了其在癌症疫苗接种、局部给药实现免疫调节抗体全身递送以及瘤内递送治疗药物调节皮肤肿瘤免疫TME方面的应用。
研究人员通过PubMed数据库进行文献检索，检索式涵盖微针相关术语与肿瘤、免疫治疗、疫苗接种、免疫检查点抑制剂、药物治疗、放射治疗等主题词，最终纳入264篇文献，检索截至2026年8月。
在开展研究用到的主要关键技术方法方面，本综述为文献综述，未涉及原始实验。文献检索策略基于PubMed数据库，使用“microneedle”“microneedle array”“microneedle patch”等检索词与“Neoplasms”“cancer”“Immunotherapy”“Vaccination”“Immune Checkpoint Inhibitors”等主题词组合检索，最终纳入264篇文献进行分析。所有示意图使用BioRender创建。
3. 微针递送癌症免疫治疗的策略
为实现癌症治疗药物的靶向递送，已出现多种先进递送系统，包括基于MN的技术。MN是亚毫米级针状结构，长度通常在数十至数百微米范围内，可无痛穿透角质层（SC）到达活性表皮和真皮。通过创建瞬态微通道，MN可实现治疗药物直接进入（皮内）或穿过（经皮）皮肤的递送。皮内递送增强局部生物利用度同时减少全身暴露；经皮递送促进皮肤全身吸收同时避免胃肠道降解和肝脏首过代谢。MN可根据递送机制分类为溶解型、扩散型、直接注射型和熔融型。
3.1. 基于溶解的藥物递送
基于溶解的MN包括可溶解型和涂层型MN，通过MN基质材料或表面涂层材料的溶解释放治疗药物。可溶解型MN由封装药物的可生物降解聚合物制成，插入皮肤后溶解，实现局部药物递送且不产生锐器废弃物。涂层型MN由固体MN核心（通常为金属或硅）表面涂覆含药薄层，插入皮肤后涂层溶解。两者均适用于需要高空间精度和高局部递送效率的低剂量药物递送应用，但需仔细优化系统设计以平衡机械完整性、插入性能和载药能力。
3.2. 基于扩散的药物递送
基于扩散的MN包括固体型、水凝胶型和多孔型MN，通过浓度梯度驱动的被动扩散递送治疗药物。固体型MN常用于“戳刺-贴敷”策略，先在皮肤创建微通道再施加载药贴片。水凝胶型MN插入后吸收组织间液膨胀，膨胀的MN和背板材料作为药物储库释放药物。多孔型MN具有互连微孔或纳米孔，通过毛细作用促进流体传输，可递送液体和干燥制剂。由于药物传输依赖扩散，释放速率随浓度梯度减小而逐渐降低，因此需优化孔结构、溶胀行为和扩散动力学等参数。
3.3. 使用微针系统的直接注射
中空MN作为微型皮下注射针直接将液体制剂注入皮肤，无需将治疗药物掺入聚合物基质或涂层中，减少了制剂限制，与输注装置耦合时可精确控制剂量和输注速率。该系统特别适用于递送较大体积和实现快速给药速率，其性能主要受插入深度、皮肤-MN界面泄漏、死体积和组织变形等因素影响。
3.4. 熔融微针用于药物递送
基于熔融的MN如低温MN是较新的一类MN系统，MN结构在插入皮肤后因温度变化而熔融，释放掺入的治疗药物。低温MN使用低温冷冻技术制备，可保存敏感生物材料如先进治疗药物产品。尽管该策略对脆弱生物治疗药物（如活细胞）特别有吸引力，但需要专门制备和储存以及特殊施药器以在皮肤插入前保持MN温度。
过去十年间，MN用于癌症免疫治疗的出版物数量逐步增加，2024–2025年显著上升。实验模型分析显示体内研究占主导地位。在研究的治疗策略中，免疫原性细胞死亡（ICD）是研究最广泛的策略，联合治疗也占相当大的比例。溶解型MN（包括可溶解型和涂层型）是主要平台。
4. 肿瘤部位的免疫原性细胞死亡
化疗、放疗和光疗（包括光动力治疗（PDT）和光热治疗（PTT））主要通过诱导细胞死亡来根除肿瘤。化疗药物破坏DNA复制或有丝分裂，而PDT和PTT分别通过活性氧（ROS）产生或局部热疗诱导细胞毒性。然而全身给药常因毒性分子对健康组织的损伤导致脱靶毒性。这些局限性推动了局部递送策略的发展。除直接肿瘤消融外，多种化疗药物、放疗和光疗可诱导ICD，其特征是释放TSAs和损伤相关分子模式（DAMPs）。这些信号激活抗原呈递细胞（APCs）如树突状细胞（DCs），促进CD8?细胞毒性T细胞和CD4?辅助性T细胞募集，产生全身抗肿瘤免疫和免疫记忆。因此ICD可将免疫学“冷”肿瘤转化为对免疫治疗更有效的“热”肿瘤。高效瘤内递送是最大化这些效应的关键，使MN成为局部递送ICD诱导剂的有吸引力平台。
4.1. 通过微针递送化疗药物
在基于化疗药物的MN系统中，可溶解型MN是研究最频繁的平台，药物通常封装在纳米颗粒或其他载体系统中以提高稳定性和控制释放。多柔比星（DOX）是研究最广泛的化疗药物，但其临床使用受剂量依赖性全身毒性（包括心脏毒性和骨髓抑制）限制。Heo等证明载DOX可溶解型MN与游离DOX相比显著减少肿瘤生长，归因于药物在TME中滞留时间延长。Huang等表明基于MN的瘤内递送实现与全身给药相当的肿瘤抑制同时显著减少全身不良反应。类似局部递送策略也已报道用于博来霉素、达卡巴嗪和吉西他滨。
4.2. 基于光敏剂的治疗
光敏剂方面观察到类似趋势，载有纳米颗粒封装治疗药物的溶解型MN平台是主要递送策略。多种光敏剂已被掺入MN，包括卟啉、酞菁和其他无机光热剂。Zhang等开发可溶解型MN递送锌基卟啉，实现PDT诱导的肿瘤细胞杀伤和血管生成抑制。Jin等使用核壳MN平台共递送亚甲蓝和加压氧气改善PDT，缓解肿瘤缺氧、增强ROS产生、抑制原发肿瘤生长并减少黑色素瘤模型中的转移。这些研究中抗肿瘤效应主要来自光敏剂，而MN平台实现这些组分的局部（共）递送。
4.3. 多模式化疗和光敏剂联合策略
为进一步提高疗效，化疗和光疗已被联合作为多模式策略，提供协同抗肿瘤效应，可克服耐药性、肿瘤异质性和光穿透性差等局限性。Zhang等显示MN共递送DOX和光热纳米颗粒与任一单一治疗相比改善黑色素瘤抑制。Lin等开发肿瘤响应性MN平台联合DOX与Fe3?配位纳米载体整合化疗、PTT和铁死亡，协同机制增强氧化应激同时抑制热休克蛋白和药物外排途径，改善肿瘤抑制。
4.4. 免疫治疗整合与原位疫苗接种
由于ICD改善肿瘤免疫原性，多个研究组将ICD诱导治疗与免疫检查点阻断和其他免疫治疗联合以增强抗肿瘤免疫。此类联合不仅改善局部肿瘤控制，还可能诱导远隔效应。Mathew等开发可溶解型MN贴片局部联合递送抗PD-L1抗体、干扰素基因刺激因子（STING）通路激动剂和近红外光热剂，在原发肿瘤局部治疗中促进冷肿瘤向热肿瘤转化并增强DC成熟，导致治疗肿瘤消退并诱导强效远隔效应，抑制三阴性乳腺癌小鼠模型中远处未治疗肿瘤。ICD也是原位疫苗接种的基础，肿瘤本身作为疫苗抗原来源。Wang等使用含Cu???Se纳米酶的可溶解型MN贴片通过谷胱甘肽耗竭和ROS产生诱导ICD，促进DC成熟、巨噬细胞复极化、CD8?T细胞浸润和长期免疫记忆，减少肿瘤复发并防止肿瘤再攻击。
5. 皮内T细胞介导的癌症疫苗接种
原位疫苗接种依赖ICD后内源性肿瘤抗原释放，而治疗性癌症疫苗通常涉及施用defined肿瘤抗原以诱导肿瘤特异性免疫应答。抗原摄取后DCs通过MHC-I和MHC-II分子加工呈递抗原衍生肽，激活CD8?细胞毒性和CD4?辅助性T细胞协同介导肿瘤根除。皮肤是疫苗接种的有吸引力部位，因其含密集APC网络包括真皮DCs和朗格汉斯细胞，可高效捕获抗原并迁移至引流淋巴结致敏T细胞。MN特别适合皮内癌症疫苗接种，因其以微创和可重复方式直接将疫苗递送至免疫细胞丰富区域。
5.1. 癌症疫苗的抗原形式与来源
全肿瘤细胞裂解物提供广泛肿瘤抗原库（包括共享TAAs和TSAs），减少预先抗原选择需求，但含大量低免疫原性和非肿瘤特异性蛋白，高效抗原呈递至关重要。Tawde等使用中空MN系统（AdminPen?）在小鼠模型中施用小颗粒卵巢癌裂解物疫苗联合IL-2和IL-12，疫苗单独中度抑制肿瘤生长而添加细胞因子显著增强肿瘤控制、抗体产生和T细胞活化。蛋白和肽基疫苗提供明确肿瘤抗原，增加抗原特异性同时限制脱靶免疫应答，但缺乏内在激活信号，一般免疫原性有限需佐剂或专门递送系统。研究人员先前将合成长肽（SLPs）掺入阳离子脂质体并使用数字控制中空MN注射系统皮内给药，在临床前HPV小鼠模型中MN介导的脂质体SLPs递送引发强效CD8?细胞毒性和CD4?辅助性T细胞应答，注射体积低至1 μL、抗原剂量仅1 nmol（2.3 μg）。DNA和RNA疫苗实现内源性抗原表达，利于诱导细胞和体液免疫，但核酸易降解需有效细胞内递送。Wang等开发水凝胶MN电极结合编码模型抗原卵清蛋白（OVA）的DNA与体内电穿孔，实现超过50%表皮和真皮细胞转染，产生强效细胞和体液免疫应答及与常规肌内注射相比十倍以上剂量节省。
5.2. 疫苗组分的空间分离和MN介导的佐剂效应
MN可在单个贴片内空间组织多个治疗组分。使用纳米分配技术，不同抗原、佐剂、细胞因子或治疗药物可掺入MN阵列的独立隔室甚至单个MN中，实现定位和释放的独立控制。MN应用本身可产生温和佐剂效应：皮肤穿透产生瞬态局部微损伤诱导DAMPs和促炎细胞因子释放，促进皮肤驻留APC募集和活化。MN应用方法本身可影响免疫应答，使用冲击插入施药器与手动MN应用相比增加IgG应答，表明快速MN插入相关的机械刺激可能作为机械佐剂发挥作用。
5.3. 疫苗与其他癌症治疗药物的共递送
空间组织治疗药物的能力在结合癌症疫苗与细胞毒性治疗时可能特别有益。化疗药物如DOX诱导ICD促进内源性肿瘤抗原释放补充疫苗诱导免疫，但这些药物也可能损伤局部APCs。因此MN阵列内疫苗抗原和化疗药物的空间分离、序贯释放制剂或不同解剖部位应用单独MN贴片可保留APC功能同时继续联合治疗的协同益处。Edwards等将肽抗原与TLR激动剂CpG和poly(I:C)掺入高密度涂层MN阵列，同时激活多个TLR通路高效刺激APC成熟并诱导强效抗原特异性T细胞增殖。Chen等开发可溶解型MN平台共递送纳米马达OVA疫苗与DOX，纳米马达由L-精氨酸介导的一氧化氮产生驱动增强肿瘤穿透和免疫激活，同时DOX诱导ICD促进内源性肿瘤抗原和DAMPs释放，联合产生更强抗肿瘤免疫、改善肿瘤靶向并降低全身毒性。
6. 空间控制的免疫治疗策略
治疗性癌症疫苗旨在产生肿瘤特异性T细胞应答，而全身免疫治疗寻求进一步增加、维持或重定向这些应答以实现原发和转移性疾病的持久控制。当前临床应用的治疗包括免疫检查点抑制剂、细胞因子治疗和过继细胞转移，通常经静脉给药导致广泛药物暴露和剂量限制性毒性。MN技术的进展扩展了其应用，实现细胞免疫治疗、空间免疫调节和靶向淋巴递送等创新策略。
6.1. 低温微针用于细胞免疫治疗
DC策略代表启动和放大肿瘤特异性免疫应答的强大策略。通过体外用肿瘤相关抗原脉冲DCs并回输体内，这些疫苗有效致敏T细胞同时帮助更广泛的全身免疫激活。然而细胞疫苗面临不稳定性、有限保存期限和环境条件敏感性等重大挑战。Chang等开发低温MN共递送抗原负载DCs和抗程序性死亡蛋白1（抗PD-1）抗体，插入后MN快速熔融释放活DCs和检查点阻断，联合治疗增强抗原特异性T细胞应答、增加效应T细胞肿瘤浸润并改善黑色素瘤控制。Yang等开发低温MN皮内递送辐照肿瘤细胞疫苗工程化分泌粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF），与传统皮下给药相比MN递送与增强DC募集和CD8?T细胞浸润相关，改善肿瘤抑制和减少复发。
6.2. 空间编程免疫治疗
MN可空间协调不同解剖部位的免疫应答。Li等开发使用两个单独MN贴片的技术，在淋巴结激活内源性T细胞同时用互补生物正交基团标记肿瘤细胞，产生的“点击化学”选择性将活化T细胞重定向至肿瘤，增强T细胞浸润、肿瘤破坏和长期免疫记忆。通过重定向内源性T细胞而不依赖常规肿瘤特异性抗原识别，该方法可能为治疗实体瘤提供补充CAR-T细胞治疗等现有方法的替代策略。
6.3. 淋巴靶向改善检查点阻断
除皮肤内高密度免疫细胞外，淋巴系统在启动和协调抗肿瘤免疫应答中起核心作用。皮内给药后治疗药物通过皮肤广泛初始淋巴管网络运输至引流淋巴结后进入全身循环。Kwon等使用中空MN注射系统（SOFUSA?）优先将抗CTLA-4抗体递送至淋巴管，与传统全身给药相比增强肿瘤抑制、减少转移并增加肿瘤浸润淋巴细胞。早期临床影像确认在人体中有效淋巴靶向（STI-3031给药的1期研究），突显MN介导淋巴药物递送作为静脉给药免疫治疗更部位特异性替代方案的转化潜力。
7. 通过微针对皮肤癌的瘤内免疫调节
疫苗接种和全身免疫治疗主要通过全身免疫激活刺激抗肿瘤免疫，而局部免疫治疗通过将免疫治疗药物递送至肿瘤内或邻近直接调节TME。临床上免疫检查点抑制剂如抗PD-1抗体全身给药以恢复肿瘤反应性T细胞活性。正常条件下PD-1信号等抑制性免疫检查点通路接合作为T细胞活化的刹车限制过度免疫应答，检查点抑制剂阻断这些抑制信号释放刹车重新激活受抑制T细胞包括已存在于肿瘤中的T细胞。然而全身检查点阻断影响全身免疫细胞而仅部分给药剂量到达肿瘤，导致瘤内药物暴露次优同时增加免疫相关不良事件风险。局部递送可增加TME内药物浓度同时限制全身暴露，可能增强疗效同时减少全身毒性。
7.1. 免疫检查点抑制剂的瘤内递送
为实现靶向高效瘤内递送，Joo等开发新型自锁MN系统设计用于精确皮肤插入、稳定粘附和高效经皮药物递送激活。为改善对不规则皮肤表面如皮肤肿瘤的穿透，MN制造为柔性贴片上具有尖锐尖端、互锁体部和窄基底，这对克服黑色素瘤和其他皮肤肿瘤的异质性机械性能和 uneven地形至关重要。该系统共递送SD-208（TGF-β抑制剂）和抗PD-L1抗体，与传统瘤内注射相比改善药物递送和更强抗肿瘤免疫应答。除增加局部药物浓度外，瘤内检查点阻断可恢复效应T细胞功能、减少调节性T细胞介导的免疫抑制并增强抗原呈递，这些效应可促进肿瘤引流淋巴结中的表位扩展并改善全身抗肿瘤免疫同时限制脱靶免疫激活。
7.2. 肿瘤微环境的免疫调节
除检查点阻断外，MN可通过直接递送免疫刺激剂至肿瘤局部重塑免疫抑制性TME。Luo等开发可植入MN贴片用于手术后肿瘤切除床应用旨在预防局部复发，贴片持续释放STING激动剂2′3′-cGAMP和IL-2，促进DC成熟、M1巨噬细胞极化、CD8?T细胞活化和残余肿瘤组织内免疫细胞募集。与抗CTLA-4治疗联合时该局部治疗减少调节性T细胞积累并诱导强效全身抗肿瘤免疫，抑制局部复发和远处转移。
7.3. 用于局部肿瘤治疗的基因和核酸免疫治疗
局部基因治疗旨在直接调节TME内肿瘤和免疫细胞同时最小化全身暴露。小干扰RNA（siRNA）通过RNA干扰（RNAi）选择性沉默致癌或免疫逃逸基因，但仍受限于稳定性差、快速降解和组织穿透效率低。He等开发MN平台用于黑色素瘤中BRAF靶向siRNA的局部递送，系统实现高效皮肤穿透、高siRNA负载和局部基因沉默，导致体外黑色素瘤细胞增殖减少和体内显著肿瘤抑制、凋亡及BRAF下调。除siRNA外，MN也已用于质粒DNA免疫治疗、CpG寡核苷酸和核酸基癌症疫苗的局部递送。鉴于核酸固有不稳定性和差细胞内摄取，大多数MN制剂掺入保护性递送载体如脂质纳米颗粒以改善货物稳定性、促进细胞摄取和增强转染效率。
8. 结论与方向
总体而言，本综述讨论的研究突显了MN技术在解决癌症免疫治疗递送关键挑战方面的潜力。通过实现局部、受控和微创给药，MN系统可改善药物递送至预期部位同时限制全身暴露，使其适用于从癌症疫苗接种和免疫调节到TME局部靶向的一系列治疗方法。这种多功能性得到已开发的广泛MN平台（包括可溶解型、固体型、中空型和低温MN阵列）的支持，每个平台在载药、释放动力学、生物相容性和临床适用性方面提供独特优势。因此仔细选择MN平台对匹配每种治疗策略的具体需求至关重要。MN系统可精确控制剂量、时间和穿透深度，从而提高疗效和减少全身暴露；其在大面积递送较低药物剂量的能力可能增强组织摄取；MN阵列可促进更均匀分布和改善生物利用度；设计灵活性允许在单个贴片中掺入多种治疗药物支持空间限定的共递送和独立可调释放曲线，这对需要多种药物协调递送的联合治疗特别有利。尽管有这些优势，仍存在若干挑战：皮肤结构、肿瘤可及性和穿透深度的变异性可影响跨患者递送效率和可重复性；大多数MN治疗仍处于临床前阶段，关键障碍包括可扩展制造、可重复性、长期安全性和监管批准；动物模型与人类生理学差异（包括皮肤结构、免疫应答和肿瘤微环境）进一步复杂化转化成功。总之，基于MN的递送系统为通过皮内、经皮或瘤内途径改善癌症治疗局部给药提供了有前景的方法，其调节局部和全身免疫应答的能力为癌症疫苗接种、免疫治疗和联合治疗创造了机会，但在患者中证明一致的治療益处对确立其临床价值至关重要。未来发展将取决于成功的临床转化，支持以标准化制造过程和严格临床评估。与个性化医疗（如新抗原基疫苗）的整合提供更特异和有效治疗的机会。分子定义的癌症疫苗包括自佐剂肽基制剂的开发特别有前景，因为这些疫苗可增强免疫原性同时保持对疫苗组成的精确控制。此外刺激响应性MN系统的进展代表重要前沿，这些系统可实现刺激控制药物释放、实时监测治疗应答或反馈控制给药，从而增强治疗精确性和适应性。将基于MN的递送与新兴治疗模态（如基因编辑技术、工程化免疫细胞和先进生物材料）结合可为癌症治疗创造新机会。整合局部和全身免疫调节以及空间协调治疗的策略可能为治疗转移性和治疗抵抗性癌症提供更有效的方法。
