聚多巴胺纳米颗粒集成微针贴片用于近红外-II光触发溶栓

《Engineered Regeneration》：Polydopamine nanoparticles integrated microneedle patch for near-infrared-II light triggered thrombolysis

　　

聚多巴胺（polydopamine, PDA）纳米颗粒（nanoparticles, NPs）是一种受贻贝黏附机制启发的材料，因其优异的光热转换性能而受到广泛关注。研究人员开发了一种集成了PDA NPs的微针（microneedle, MN）贴片，用于近红外-II（near-infrared-II, NIR-II）光触发的溶栓治疗。所制备的PDA NPs平均尺寸为163 nm，在可见光至NIR-II区域表现出宽谱吸收，并具有良好的NIR-II光热转换性能。将PDA NPs整合到微针贴片（PDA MN）中后，该贴片不仅表现出优异的NIR-II光热转换效率，还具备足够的机械强度以无破损地刺入皮肤。体外实验表明，在1064 nm光照5 min条件下，PDA MN能够诱导血凝块溶解。在雌性BALB/c小鼠股静脉血栓模型中，PDA MN通过NIR-II光诱导的局部过热在体内表现出溶栓效果。综上所述，该研究提供了一种新型NIR-II光响应微针贴片，为静脉血栓栓塞的有效治疗提供了新策略。

**论文解读：聚多巴胺纳米颗粒集成微针贴片用于近红外-II光触发溶栓研究**

**一、研究背景与问题提出**

静脉血栓栓塞（venous thromboembolism, VTE）是全球范围内威胁人类健康的重要血管疾病，每年影响超过1000万人口，与之相关的深静脉血栓、缺血性卒中、冠状动脉梗死及肺栓塞等疾病发病率逐年上升。传统溶栓药物如尿激酶和组织型纤溶酶原激活剂（tissue plasminogen activator, tPA）虽在早期溶栓治疗中广泛应用，但因tPA体内半衰期极短，导致其治疗窗口有限，难以获得满意的临床疗效。随着纳米医学的快速发展，基于纳米材料的溶栓策略不断涌现，包括纳米颗粒包覆微泡、磁性纳米颗粒和DNA纳米器件等。然而，经皮给药途径受到皮肤屏障的阻碍，限制了非侵入性溶栓治疗的发展。聚多巴胺（polydopamine, PDA）作为一种仿贻贝黏附机制的天然材料，具有优异的宽谱吸收特性，尤其在近红外-II（near-infrared-II, NIR-II）窗口展现出良好的光热转换潜力，但皮肤屏障同样制约了其直接应用。微针（microneedle, MN）作为一种新型无痛微创经皮给药装置，能够无显著损伤地穿透皮肤屏障，为克服上述限制提供了可行方案。然而，目前利用PDA纳米颗粒（PDA NPs）协同微针贴片实现NIR-II光响应同步溶栓的研究仍鲜有报道。因此，研究人员设计并构建了一种集成PDA NPs的微针贴片，探索其在NIR-II光触发下对静脉血栓栓塞的溶栓治疗效果。

**二、研究内容与结论概述**

本研究合成了粒径约163 nm的PDA NPs，并在室温避光条件下完成制备。所制备的PDA NPs在可见光至NIR-II区域表现出浓度依赖的强吸收特性，且在1064 nm光照射下表现出良好的光热转换效率。随后，研究人员利用聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）微针模具将PDA NPs整合到微针贴片中，获得PDA MN。该贴片不仅保持了PDA NPs的NIR-II光热转换性能，还具备足够的机械强度以无破损地刺入小鼠皮肤。体外实验表明，PDA MN在1064 nm激光（1.8 W/cm²）照射5 min条件下可有效诱导血凝块溶解。在雌性BALB/c小鼠股静脉血栓模型中，PDA MN通过NIR-II光诱导的局部过热成功实现体内溶栓。该研究为NIR-II光响应微针贴片在血栓性疾病治疗中的应用提供了新思路，相关成果发表于《Engineered Regeneration》。

**三、主要关键技术方法**

本研究涉及的关键技术方法包括：PDA NPs的化学合成与表征；紫外-可见-近红外（UV-vis-NIR）吸收光谱分析评估光学性能；红外热成像监测光热效应；红细胞溶血实验和CCK-8细胞活力实验评价体外生物相容性；利用PDMS模具紫外光固化制备PDA MN；激光共聚焦显微镜验证皮肤刺入能力；体外全血凝块模型和FeCl₃诱导的小鼠股静脉血栓模型用于溶栓效果评估；苏木精-伊红染色进行组织学分析。其中，动物实验所用样本为雌性BALB/c小鼠（25 g），HEK293细胞系购自上海LMAI Bio公司，所有动物实验方案经南京医科大学康达学院附属连云港市东方医院动物伦理与福利委员会批准（批准号：2025-027-01）。

**四、研究结果**

**4.1 PDA NPs的表征与性能研究**
通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察，PDA NPs呈现球形形貌，平均粒径为163 nm。UV-vis-NIR吸收光谱显示PDA NPs在可见光至NIR-II区域具有宽谱且浓度依赖的吸收特性。在1064 nm光（1.2 W/cm²）照射下，当PDA NPs浓度达到200 μg/mL时，温度升高16.4°C，证明其优异的NIR-II光热转换性能。红细胞溶血实验显示PDA NPs溶血率不显著，CCK-8实验表明其对HEK293细胞无明显细胞毒性，证实了PDA NPs的良好生物相容性。

**4.2 PDA MN的制备与性能验证**
采用PDMS微针模具成功制备了10×10阵列的PDA MN贴片，针体呈圆锥形，高度为545 μm。扫描电子显微镜及元素面扫分析证实PDA MN与PDA NPs具有相同的C、N、O元素分布，傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进一步确认了PDA特征结构。力学测试表明，PDA MN每根针能够承受大于0.4 N的压缩力，足以刺入小鼠皮肤而无断裂。罗丹明染色和激光共聚焦显微镜图像证实了PDA MN在皮肤上的有效穿透效果。

**4.3 NIR-II光触发体外溶栓**
在1064 nm激光照射下，PDA MN表现出功率依赖的光热升温行为。当光照功率为1.6 W/cm²时温度达51.8°C，功率升至1.8 W/cm²时温度可达68.5°C。体外血凝块实验显示，经PDA MN处理和1064 nm光照射90 s后，血凝块逐渐收缩溶解，上清液变红；照射5 min后，1.8 W/cm²功率下上清液中释放血红蛋白的吸光度显著高于其他组，证实了NIR-II光可有效触发PDA MN介导的体外溶栓。

**4.4 NIR-II光触发小鼠体内溶栓**
采用FeCl₃溶液诱导雌性BALB/c小鼠股静脉血栓模型，经PDA MN配合1064 nm光（1.8 W/cm²，5 min）处理后，股静脉照片显示血栓区域明显减少，H&E染色结果与肉眼观察一致，定量分析显示溶栓效率约为8%。此外，PDA MN的溶血率不显著，对HEK293细胞无细胞毒性，治疗14天后主要器官H&E染色未见异常，证实了PDA MN在体内具有良好的生物相容性和安全性。

**五、讨论与结论总结**

本研究的讨论部分指出，尽管PDA NPs本身具备优良的光热转换性能，但皮肤屏障限制了其在非侵入性溶栓治疗中的直接应用。通过将PDA NPs整合入微针贴片，PDA MN能够无痛且无显著损伤地穿透皮肤，将光热效应直接递送至血栓部位。NIR-II光（1064 nm）相较于传统近红外光具有更深的组织穿透深度和更高的安全性，使得PDA MN在深层血栓治疗中展现出独特优势。体外和体内实验均证实了PDA MN在NIR-II光触发下有效溶栓的能力，同时保持了良好的生物相容性，为血栓性疾病的无创或微创治疗提供了新策略。研究结论表明，本研究成功开发了一种NIR-II光响应的PDA MN贴片，在体外和体内均实现了高效溶栓。PDA NPs在室温避光条件下制备具有优良的NIR-II光热转换效应，整合入微针贴片后不仅保持良好的机械性能和插入能力，还显著发挥光热溶栓功能。在小鼠股静脉血栓模型中，PDA MN通过NIR-II光诱导的局部过热有效实现体内溶栓。总体而言，PDA MN贴片在治疗其他血栓相关疾病和促进溶栓方面具有广阔的应用潜力。