Elektronenintegrierte kontrollierte transdermale Arzneimittelabgabe - Drei hochwertige Artikel aus dem Nature-Family Journal

Mikronadel-Arrays stellen eine vielversprechende minimalinvasive medizinische Technik für die nahezu schmerzfreie transdermale Medikamentenverabreichung dar. Mikronadeln dringen in das Stratum Corneum ein, um Transportwege für Medikamente aufzubauen, während sie gleichzeitig Hautblutgefäße und Nervenenden meiden, um Schmerzen und Blutungen zu minimieren. Bisher haben chemische Modifikationen und physikalische Strukturoptimierungen die Leistung der Mikronadel-vermittelten Arzneimittelabgabe erheblich verbessert.

Dennoch arbeiten die meisten bestehenden Mikronadelsysteme im passiven Freisetzungsmodus, bei dem die Wirkstofffreisetzung hauptsächlich durch das Quellen oder Auflösen des Materials gesteuert wird. Die dynamische und präzise Abstimmung des Verabreichungszeitpunkts und der Dosierung bleibt eine Herausforderung. Die Integration von Mikronadel-Arrays mit elektronischen Steuerungssystemen zur Erzielung einer aktiven, bedarfsgesteuerten transdermalen Verabreichung ist zu einem kritischen Engpass und einer wichtigen Entwicklungsrichtung für medizinische Mikronadel-Geräte der nächsten Generation geworden.

In diesem Artikel werden drei hochwirksame Artikel vorgestellt, die in veröffentlicht wurdenMikrosysteme und Nanotechnik(ein Nature-Journal). Die Studien stammen von der Forschungsgruppe von Prof. Peter B. Lillehoj (Rice University, USA), dem Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Lelun Jiang (School of Biomedical Engineering, Sun Yat-sen University) und der Gruppe von Prof. Lingqian Chang (School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University). Sie decken drei hochmoderne Bereiche ab: blutfreie, schnell diagnostische Mikronadel-Hautpflaster, Smartphone-betriebenes Iontophorese-Mikronadel-Array für die kontrollierte transdermale Verabreichung und Mikro-Nanogeräte für die stomatologische und ophthalmologische Diagnose und Therapie. Diese Arbeiten liefern wertvolle Referenzen für mikronadelbasierte Diagnose, intelligente Arzneimittelabgabe und erweiterte szenarioübergreifende Anwendungen.

---Ausgezeichnete Artikel, die es wert sind, gelesen zu werden---

01 Mikronadelbasiertes Hautpflaster für blutfreie Schnelldiagnosetests

Autoren: Jiang, X., Lillehoj, PBZeitschrift: Microsyst Nanoeng, 6, 96 (2020) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑020‑00206‑1 (Bilder mit freundlicher Genehmigung der Autoren)

In dieser Studie wird ein Hautpflaster mit integrierter Hohlmikronadel vorgestellt. Anstelle einer Blutentnahme entnimmt das Gerät dermale interstitielle Flüssigkeit über Mikronadeln und führt eine visuelle Protein-Biomarker-Erkennung durch Kopplung mit kolloidalen Gold-Lateral-Flow-Teststreifen durch. NehmenPlasmodium falciparumHistidinreiches Protein 2 (PfHRP2, Malaria-Biomarker) als Proof-of-Concept-Target erreicht der Assay eine Nachweisgrenze von bis zu 8 ng/ml in weniger als 20 Minuten ohne sperrige Instrumente. Diese Arbeit demonstriert zum ersten Mal die Kombination von Mikronadeln und Lateral-Flow-Immunoassay und bietet eine neue blutfreie POCT-Lösung für Regionen mit begrenzten Ressourcen.

02 Smartphone-betriebenes Iontophorese-Mikronadel-Array-Pflaster zur kontrollierten transdermalen Verabreichung

Autoren: Yang, J., Li, Y., Ye, R.et al. Zeitschrift: Microsyst Nanoeng, 6, 112 (2020) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑020‑00224‑z (Bilder mit freundlicher Genehmigung der Autoren)

Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikronadeln mit passiver Freisetzung wird in dieser Arbeit ein IMAP-Pflaster entwickelt, das Mikronadel-Arrays mit Iontophorese kombiniert. Angetrieben durch ein Smartphone, implementiert es einen integrierten „Penetration-Diffusion-Iontophorese“-Arbeitsablauf für die Arzneimittelverabreichung. Nach dem Durchstechen des Stratum Corneum ziehen sich die Mikronadeln zurück; Die Iontophorese treibt mit Insulin beladene Nanovesikel durch Mikrokanäle der Haut. Die Medikamentendosis kann dynamisch reguliert werden, indem die Intensität des elektrischen Stroms angepasst wird. In Rattenmodellen mit Typ-1-Diabetes hält das System die Normoglykämie über einen langen Zeitraum aufrecht und verringert das Hypoglykämierisiko im Vergleich zur subkutanen Injektion. Diese Arbeit bestätigt, dass die Integration elektronischer Mikronadeln eine aktive, bedarfsgesteuerte transdermale Verabreichung makromolekularer Therapeutika ermöglicht.

03 Mikro-/Nanogeräte zur Beurteilung und Behandlung in der Stomatologie und Ophthalmologie

Autoren: Sheng, A., Lin, L., Zhu, J.et al. (Korrespondierender Autor: Prof. Lingqian Chang)Zeitschrift: Microsyst Nanoeng, 7, 11 (2021) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑021‑00238‑1

Dieser Aufsatz geht über kutane transdermale Szenarien hinaus und erweitert Mikronadeln und verschiedene Mikro-Nanogeräte auf spezielle Schleimhautgewebe für die Stomatologie und Ophthalmologie. Es fasst die Materialherstellung, die Prinzipien des Gerätedesigns und Überlegungen zur biologischen Sicherheit von Mikro-Nanogeräten systematisch zusammen und deckt die biochemische Sensorik von der Zell- bis zur Gewebeebene sowie Therapiestrategien gegen Mundkrebs, Keratitis, periorbitale Falten und orale Infektionskrankheiten ab. Auch wichtige Übersetzungsengpässe werden besprochen. Die Überprüfung fordert eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Klinikern und Ingenieurforschern, um die klinische Umsetzung von Mikro-Nano-Medizingeräten für die Mund- und Augenpflege zu beschleunigenNature