溶解性的抗菌型微针系统
发布日期：2023年04月17日
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溶解性微针（MN）可以增强抗菌药物的药效，会最大限度地减少有害的尖锐废物、损伤和血源性病原体的传播。本文对可溶性抗菌MN 的研究进行分析，来确定其功效，以及生物材料的选择对其最终性能的影响。此外，组分修饰也可以提高其活性和性能。同时，如MN的大小和几何形状，也可以根据感染部位的特点进行调整。
微针是一种备受关注的递送系统，已被广泛应用于递送各种治疗剂。它们是高度小于1毫米的微型针头，进入皮肤的第一道防线角质层，可以方便、无创、无痛地将各种大小不一的治疗分子递送到真皮层，然后进入到体循环，这是一个非常优秀的递送系统，用于运输治疗药物以满足患者的需求，如细菌感染。
溶解性MN通常由微成型技术合成，由具有生物相容性的生物材料制成，具有不产生危险的尖锐废物、最大限度地减少伤害和血源性病原体传播等优点。需要注意MN的设计和材料选择应该具有足够的机械强度，才可以穿透角质层，且与人体相容较好，具有较小的毒副作用。
本文介绍了可溶性MN作为抗菌系统，当前MN的应用和研究的进展，以及MN如何选择合适的基质，进而影响其最终的性质。
大多数研究探索了MN作为抗菌递送系统的抗菌功能，这些研究将抗菌剂作为游离药物或以微粒、纳米粒的形式加载到MN中。
采用两步成型法制备了庆大霉素缓释微阵列贴片(Gen MN)。他们用肺炎克雷伯氏菌(105cfu/30μl)感染小鼠模型，这种肺炎克雷伯氏菌是经鼻传播的。将Gen MN贴于每只耳的背部表面，并与未治疗组为阴性对照，Gen IM大腿肌肉注射为阳性对照。IM和MN表现出较强的控制感染能力。与阴性对照组相比，经Gen MN处理的小鼠鼻腔相关淋巴组织和肺组织的CFU显著减少，这表明它们在体内对控制小鼠肺炎克雷伯氏菌有抗菌活性[1]。
用微模塑法制备了贝西沙星经角膜快速溶解微针，并用琼脂扩散法研究了其对金黄色葡萄球菌(108CFU/mL)的体外抗菌活性。载有贝西沙星的MN与两种不同的阳性对照药物贝西沙星溶液和环丙沙星溶液的抑菌圈相似。贝西沙星MN在琼脂中放置12h后，抑制区扩大。此外，它们的体外抗菌活性在感染金黄色葡萄球菌的离体人角膜上进行了5分钟的测试，未处理组和104与105倍的贝西沙星溶液相比，其CFU/mL非常少。无论是在体内还是在体外，MN系统都能更有效地控制金黄色葡萄球菌的感染[2]。
此外，以聚己内酯(PCL)为载体合成了载药纳米粒(CAR-NP)，以维持CAR的释放，并将合成的CAR-NP包埋在微成型法制备的可溶性MN中。用革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性铜绿假单胞菌感染2×105cfu/mL的猪皮肤，体外测定其抗菌活性。与未治疗组(阴性对照)相比，治疗组(CAR MN、CAR-NP MN)的CFU计数显著减少。革兰氏阳性菌的CFU数减少率高于革兰氏阴性菌。CAR-NP MN对金黄色葡萄球菌的抑制率>90%，对革兰氏阴性菌的抑制率明显低于CAR-NP组，而CAR-NP MN对两种菌株均表现出较强的抗菌活性，主要是由于低浓度时具有较好的抗菌能力。得出的结论是，MN可有效地将载药NP输送到感染部位，并且NP减少了频繁的给药，因为它们延长了在皮肤中的保留时间，并且抗菌剂从NP中持续释放[3]。
通过软光刻方法和微模塑法，从生物兼容的鱿鱼吸盘环齿蛋白(吸盘蛋白)中制备出MN。采用琼脂扩散法，考察了卡那霉素包埋卡那霉素载体对大肠杆菌细胞的抑制作用。以3M模板MN和无卡那霉素的Suckerins MN为阴性对照。与3M MN对照组相比，负载卡那霉素的MN对细菌生长有广泛的抑制作用。明显的发现，裸吸蛋白MN有轻微的抗菌活性。为了验证这些发现，进行了一项泥浆培养研究，以量化每个受试组的每个MN的CFU。卡那霉素MN具有显著的抗菌活性，对3M MN的抑制作用可忽略不计，为5×102cfu/m L，而3M为7.03×107cfu/m L。另一方面，无卡那霉素的MN使大肠杆菌密度降低到3.02×104CFU/mL，证实了其内在的抗菌能力。因此，Suckerin MN可以作为一种有用的药物传递系统，而用于合成MN的Suckerin活性生物材料可以预防感染的风险[4]。
在另一项研究中，利用微成型技术制备了由甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)组成的水杨酸多离子液体(SA-PIL)-MN。通过菌落试验和活/死细菌染色检测其对痤疮单胞菌(108cfu/100μl)的体外抗菌作用。在两种试验中，SA-PIL-MN组对痤疮单胞菌的细菌活力均有显著的抑制作用，并且优于SA溶液的抑制细菌生长的效果89.37%。另外，在小鼠的左耳背部皮下接种痤疮单胞菌(108cfu/20μl)建立痤疮模型，观察其体内的抗痘作用。SA-PIL-MN组48h和72h的抑制率分别为75%和83%，明显高于SA组的25%。结论：MN促进了SA的透皮吸收，提高了其治疗效果[5]。
在另一项中，评估了由绿茶(GT)提取物和透明质酸(HA)组成的缓释可溶MN，该MN是在压模中通过原位液体单体聚合通过微模压合成的。用琼脂平板法检测了合成的MN对3株革兰氏阴性杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和恶臭假单胞菌以及2株革兰氏阳性菌枯草杆菌和金黄色葡萄球菌在105cfu/500μl浓度下的抗菌活性。GT含量越高，对细菌生长的抑制作用越明显。当GT浓度为70%时，所有受试病原菌的CFU生长减少率为95%。用107cfu/10μl恶臭假单胞菌感染大鼠模型，进行体内创面愈合实验。30%和50% GT/HA MN显著抑制CFU，分别从感染后的6.18±0.54log10和4.24±0.23log10降至2.03±0.10log10。然而，使用较高的GT含量(70%)时，伤口愈合效果较差。这是由于在使MN成形的过程中GT含量较高，可能增加了MN对皮肤的附着。结论：GT/HA MN系统具有抑制不同细菌菌株、促进创面愈合的潜力[6]。
在另一项研究中，开发了一种新型的负载克林霉素(CDM)的活性氧簇(ROS)反应的MN，用于抗痤疮治疗。采用微模塑法制备了含有聚乙烯醇(PVA)针尖和羟基磷灰石(HA)基质的MN。为了说明ROS响应性设计的效果，测试了含有ROS响应性PVA/CDM的凝胶制剂在含或不含H2O2的培养液中与在PBS中的体外抗菌效果。ROS响应型PVA/CDM凝胶配方在H2O2介质中和无H2O2介质与在PBS溶液中相比具有明显的细菌抑制作用。在痤疮小鼠模型上研究了合成的ROS响应型PVA/CDM MN的体内抗菌活性。ROS响应型PVA/CDM MN治疗后，感染体积明显缩小约90%，并在第5天消失。而HA/CDM MN、CDM和空白MN几乎没有减少肿胀的皮肤。结论：ROS反应性微针在使用抗菌药物治疗痤疮时更有效[7]。
通过光聚合-微成型技术制备了生物相容聚乙二醇600双丙烯酸酯(PEG600)DA掺杂庆大霉素硫酸盐的MN。采用琼脂平板法测定细胞密度为108cfu/ml的金黄色葡萄球菌的抑菌圈，以检测其体外抗菌性能。与未掺杂的聚乙二醇(600)DA相比，掺杂庆大霉素的聚乙二醇单甲醚(600)DA MN有直径为26.8 mm的圆形抑制带。结论提示使用庆大霉素掺杂的聚乙二醇甲氧基丁二醇胺作为抗菌药物是合适的[8]。
在另一项研究中，以聚乙烯醇(PVA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为支撑层，采用微成型技术制备了可溶MN，以支持万古霉素(VAN)的释放。采用琼脂扩散法检测其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的抑菌效果。研究发现，VAN-MN对MRSA细菌的抑制作用与VAN注入滤纸的阳性对照相当，表明保留了VAN的全部具有抗菌活性，其抑制区域与VAN的负载量成正比。为了证实先前的观察结果，进一步对注射MRSA(106CFU/10μl)的猪皮肤感染模型进行了体内评价。VAN-MN作用1、3、20h后细菌杀灭率分别为99.5%、89.5%、73.4%。细菌杀灭作用随培养时间延长而降低，可能是由于细菌生物膜的形成，从而降低了对抗生素的敏感性。尽管如此，VAN-MN在体内和体外均能有效抑制MRSA的生长[9]。
这篇文章介绍了有关溶解性MN用于抑制细菌感染的定性信息。在大多数研究中发现，溶解MN的抗菌活性与其对照相当。聚合物基质的改性或抗菌剂MP/NP的加入可以使其具有更好的活性，并具有协同作用。如MN的大小和几何形状，可以根据感染部位的特点进行调整。当然标准化表征和活性测试方案也是很重要的，以便能够得出更准确、更全面和更具可比性的结论。
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