可穿戴贴片，可成为药物递送系统吗？

近期，美国北卡罗来纳大学（UNC）教堂山分校的科学家，创造了一种名为「时空按需贴片」（Spatiotemporal On-Demand Patch，SOP）的新型给药系统，它可以无线接收来自智能手机或电脑的指令，安排和触发单个微针释放药物。该贴片具有薄而软的特点，类似于创可贴，旨在提高用户的舒适度和便利性。对于慢性病患者来说，可穿戴性是一个至关重要的因素，可穿戴贴片或许能成为治疗神经退行性疾病和神经损伤的下一个前沿领域。

图：SOP 有两个主要组成部分： (i) 载药微针阵列，由利用电化学触发缝隙腐蚀的活性封装保护，用于按需给药；(ii) 安装在软印刷电路板上的近场通信 (NFC) 模块，用于无线控制

该研究发表在了《Nature Communications》期刊。研究小组由加州大学伯克利分校医学院药理学教授宋娟博士，以及加州大学伯克利分校文理学院应用物理科学助理教授 Wubin Bai 博士领导，他们在小鼠模型中测试了SOP贴片，利用微针中的褪黑素改善睡眠。为此，UNC 医学院和 UNC Health 资助了一个 2.5 万美元的试点项目，在阿尔茨海默病小鼠模型中测试 SOP。

研究人员表示，SOP贴片能够实现多种药物的联合递送，可以解决阿尔茨海默病的各个方面问题，如减少β-淀粉样蛋白斑块、减轻神经炎症和增强认知功能等。

这篇题为《高时空分辨率的经皮给药数字化自动化》（Digital Automation of Transdermal Drug Delivery with High Spatiotemporal Resolution）的开放存取论文，由应用物理科学系的 Yihang Wang 和药理学系的 Zeka Chen 共同撰写。表示，这项研究不仅突出了多学科合作，而且 UNC 本科生的热情参与，包括应用物理科学系的 Priyash Hafiz，以及 UNC/NCSU 生物医学工程联合系的Brayden Davis、Will Lipman、Tian Wang 和 Sicheng Xing。

该贴片已获得临时专利，可对体内特定组织、器官或区域进行小于1平方毫米的高度局部治疗，并可在30秒内根据电信号触发药物释放。患者可以一次佩戴多个贴片，从而减少看医生甚至去医院就医的需要。

图：单个微针的电控按需给药过程：(i) 待机阶段，封装层保护微针不释放药物；(ii) 过渡阶段，电触发器引发封装层的缝隙腐蚀，露出载药基底；(iii) 释放阶段，暴露的基底开始释放药物。

图：SOP 释放轮廓的时空控制能力：(i) 在皮肤界面部署 SOP；(ii-iv) 通过与 SOP 的 NFC 模块通信，可以主动控制每个微针的药物释放

UNC 神经科学中心成员宋娟博士表示：“这种装置的妙处在于，它可以容纳数十种（甚至数百种）浓缩药物，并能自动设定药物的释放顺序。在紧急情况下或需要立即采取治疗行动时，药物的快速释放至关重要。”

微针表面涂有金，可以保护药物和周围组织。当通过贴片施加低压电刺激时，金涂层就会崩解，使装载药物的微针暴露在皮肤上，启动药物的控制释放。

图：SOP 的给药界面剖视图，包括 PDMS 封装、可电触发的金（Au）涂层、基于聚（D，L-乳酸-共聚乙二醇）（PLGA）的载药微针和 PLGA 基质

这种特异性可确保精确和定制化的药物输送，满足不同病情或身体特定区域的需求。这提供了一种通过材料科学与电子工程相结合实现药物控释的新方法。

参考材料：Wang, Y., Chen, Z., Davis, B., Lipman, W., Xing, S., Zhang, L., ... & Bai, W. (2024). Digital automation of transdermal drug delivery with high spatiotemporal resolution. Nature Communications, 15(1), 511.