Electron-Integrated Controlled Transdermal Drug Delivery - Drie hoogwaardige artikelen uit Nature-Family Journal

Microneedle-arrays vertegenwoordigen een veelbelovende, minimaal invasieve medische techniek voor een vrijwel pijnloze transdermale toediening van medicijnen. Micronaalden dringen het stratum corneum binnen om medicijntransportroutes op te bouwen, terwijl de dermale bloedvaten en zenuwuiteinden worden vermeden om pijn en bloedingen te minimaliseren. Tot nu toe hebben chemische modificatie en fysieke structurele optimalisatie de prestaties van micronaaldgemedieerde medicijnafgifte aanzienlijk verbeterd.

Niettemin werken de meeste bestaande micronaaldsystemen in een passieve afgiftemodus, waarbij de afgifte van geneesmiddelen voornamelijk wordt bepaald door materiaalzwelling of oplossing. Het dynamisch en nauwkeurig afstemmen van de timing en dosering van toediening blijft een uitdaging. Het integreren van micronaaldarrays met elektronische controlesystemen om actieve, on-demand transdermale toediening te bereiken is een cruciaal knelpunt en een belangrijke ontwikkelingsrichting geworden voor de volgende generatie medische micronaaldapparatuur.

Dit artikel bevat drie artikelen met een grote impact, gepubliceerd inMicrosystemen en nano-engineering(een Nature-tijdschrift). De onderzoeken zijn afkomstig van de onderzoeksgroep van prof. Peter B. Lillehoj (Rice University, VS), het onderzoeksteam onder leiding van prof. Lelun Jiang (School of Biomedical Engineering, Sun Yat‑sen University) en de groep van prof. Lingqian Chang (School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University). Ze bestrijken drie geavanceerde richtingen: bloedvrije, sneldiagnostische huidpleisters met micronaalden, door smartphones aangedreven iontoforese-micronaald-array voor gecontroleerde transdermale toediening, en micro-nanoapparaten voor stomatologische en oftalmologische diagnose en therapie. Deze werken bieden waardevolle referenties voor op micronaalden gebaseerde diagnose, intelligente medicijntoediening en uitgebreide toepassingen in meerdere scenario's.

---Uitstekende artikelen die het lezen waard zijn ---

01 Huidpleister op basis van micronaalden voor bloedvrij snel diagnostisch testen

Auteurs: Jiang, X., Lillehoj, PBTijdschrift: Microsyst Nanoeng, 6, 96 (2020) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑020‑00206‑1 (Afbeeldingen met dank aan de auteurs)

Deze studie presenteert een geïntegreerde huidpleister met holle micronaald. In plaats van bloed te verzamelen, extraheert het apparaat interstitiële vloeistof uit de huid via micronaalden en voert het visuele eiwit-biomarkerdetectie uit door te koppelen met colloïdaal-gouden laterale flow-teststrips. NemenPlasmodium falciparumhistidinerijk eiwit 2 (PfHRP2, malariabiomarker) als proof-of-concept-doel, bereikt de test een detectielimiet tot 8 ng/ml binnen minder dan 20 minuten zonder omvangrijke instrumenten. Dit werk demonstreert voor het eerst de combinatie van micronaalden en laterale flow-immunoassay, en biedt een nieuwe bloedvrije POCT-oplossing voor regio’s met beperkte hulpbronnen.

02 Smartphone-aangedreven iontoforese-microneedle array-patch voor gecontroleerde transdermale toediening

Auteurs: Yang, J., Li, Y., Ye, R.et al. Tijdschrift: Microsyst Nanoeng, 6, 112 (2020) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑020‑00224‑z (Afbeeldingen met dank aan de auteurs)

Anders dan conventionele micronaalden met passieve afgifte, ontwikkelt dit werk een IMAP-patch die micronaaldarrays combineert met iontoforese. Aangedreven door een smartphone, implementeert het een geïntegreerde workflow voor medicijntoediening "penetratie-diffusie-iontoforese". Na het doorboren van het stratum corneum trekken de micronaalden zich terug; Iontoforese stuurt met insuline gevulde nanoblaasjes door de microkanalen van de huid. De medicijndosering kan dynamisch worden geregeld door de elektrische stroomintensiteit aan te passen. In rattenmodellen met type 1-diabetes houdt het systeem de normoglycemie lange tijd in stand en wordt het risico op hypoglykemie verminderd in vergelijking met subcutane injectie. Dit werk valideert dat de integratie van elektronische micronaalden actieve, on-demand transdermale toediening van macromoleculaire therapieën mogelijk maakt.

03 Micro-/nanoapparaten voor beoordeling en behandeling in de stomatologie en oogheelkunde

Auteurs: Sheng, A., Lin, L., Zhu, J.et al. (Corresponderende auteur: prof. Lingqian Chang)Tijdschrift: Microsyst Nanoeng, 7, 11 (2021) Link: https://www.nature.com/articles/s41378‑021‑00238‑1

Deze review gaat verder dan cutane transdermale scenario's en breidt micronaalden en diverse micro-nano-apparaten uit naar speciale slijmvliesweefsels voor stomatologie en oftalmologie. Het vat systematisch de materiaalfabricage, de ontwerpprincipes van apparaten en bioveiligheidsoverwegingen van micro-nanoapparaten samen, waarbij biochemische detectie van cellulair tot weefselniveau wordt bestreken, evenals therapeutische strategieën gericht op mondkanker, keratitis, periorbitale rimpels en orale infectieziekten. Belangrijke translationele knelpunten worden ook besproken. De review roept op tot interdisciplinaire samenwerking tussen artsen en technische onderzoekers om de klinische vertaling van micro-nano medische hulpmiddelen voor mond- en oogzorg te versnellen.