2023年8月7日,，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院陳偉教授團(tuán)隊(duì)在材料學(xué)權(quán)威期刊《ACS Nano》（IF=17.1）在線發(fā)表了題為“受小腸絨毛啟發(fā)的數(shù)學(xué)工程化底紋貼片用于各類粘膜高效生物標(biāo)志物富集與藥物快速沉積”（Intestinal Villi-Inspired Mathematically Base-Layer Engineered Microneedles (IMBEMs) for Effective Molecular Exchange during Biomarker Enrichment and Drug Deposition in Diversified Mucosa）的研究文章,?；诜律脑?，這項(xiàng)工作為仿生器件與粘膜的深度互作提供了全新的思路,，使不依賴材料或化學(xué)特性,，通過特定的仿生結(jié)構(gòu)加強(qiáng)界面之間的相互作用,，使該工作的相關(guān)理念后續(xù)有望快速應(yīng)用于臨床實(shí)踐,。
粘膜又被稱為身體的“內(nèi)皮膚”,，廣泛分布于各類器官與組織表面，表面粘液與組織液中含有各種生理/病理相關(guān)的生物標(biāo)志物,，粘膜下也有豐富的血管與淋巴管,，是器件-組織互作的潛在位點(diǎn)。作為人體內(nèi)部的屏障,，粘膜本身容易受各類外來刺激而產(chǎn)生損傷,，例如機(jī)械摩擦所致紅腫（物理因素?fù)p傷）、胃酸或某些酸/堿藥物所致潰瘍（化學(xué)因素?fù)p傷）等,。而更為重要的則是生物因素?fù)p傷,，病原微生物對(duì)粘膜系統(tǒng)的感染可能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，例如新冠肺炎（由新冠病毒感染所致）,、非典型性肺炎（由非典病毒感染所致）,、流感（由流感病毒感染所致）、宮頸癌（和人乳頭瘤病毒感染強(qiáng)相關(guān)）和胃癌（與幽門螺桿菌感染強(qiáng)相關(guān)）等等。因此,，開發(fā)一種準(zhǔn)確高效有前景的粘膜采樣/遞送策略,，不僅能提高當(dāng)前臨床疾病診斷治療的效率，也能更好的保護(hù)大眾的生命健康,。
盡管已經(jīng)有許多粘膜相關(guān)的檢測(cè)拭子（例如口腔拭子,，咽拭子以及鼻拭子），它們?cè)趯?shí)際臨床應(yīng)用中仍面臨許多問題,，例如淺表取樣,、難以脫附帶來的靈敏度問題，或是因?yàn)槿舆^程中帶來的不適而產(chǎn)生的患者依從性問題,，又或是面對(duì)不同粘膜環(huán)境的普適性受限,，這些問題降低了實(shí)際臨床診斷與治療過程中醫(yī)生判斷的準(zhǔn)確度，給患者的診療帶來較大的風(fēng)險(xiǎn),。
為了解決上述問題,，已有許多先行研究者提出了自己的解決方案，例如使用電紡納米級(jí)纖維拭子或者在取樣器上做化學(xué)修飾提升靈敏度,，但這些方案也或多或少有著材料和功能上的限制,，難以快速走向臨床轉(zhuǎn)化。華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院陳偉教授團(tuán)隊(duì)在過去幾年對(duì)生物仿生器件與粘膜互作方面做過許多研究,，報(bào)道過如降低假陰性的新冠檢測(cè)拭子（Matter, DOI: 10.1016/j.matt.2020.09.021）及動(dòng)態(tài)全向粘膜粘附藥片系統(tǒng)（ScienceAdvances,，DOI: 10.1126/sciadv.abk1792）?；谇捌诘姆e累,，并啟發(fā)于小腸在物質(zhì)交換過程中的特點(diǎn)（小腸絨毛的周期性結(jié)構(gòu)所帶來的物質(zhì)交換面積極大提高），團(tuán)隊(duì)成員將周期性結(jié)構(gòu)修飾在研究較少的微針陣列底部,，開發(fā)出一款數(shù)學(xué)工程化底紋貼片（Intestinal villi-inspired Mathematically Base-Layer Engineered Microneedles,IMBEMs）,。此器件巧妙地利用生物仿生結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了粘膜與貼片的高效深層互作。而通過對(duì)貼片材料的設(shè)計(jì),，使IMBEMs貼片具有了快速溶解釋放藥物（IMBEMs in deposition mode, IMBEMs-ModeD）和高速溶脹捕獲組織液（IMBEMs in enrichment mode,IMBEMs-ModeE）兩種模式,，能夠適用于全身各類粘膜，根據(jù)需求進(jìn)行取樣或遞藥,。
IMBEMs貼片的概念示意圖
總體而言,，本工作受啟發(fā)于小腸絨毛的周期性特殊結(jié)構(gòu)，并將該結(jié)構(gòu)與微針陣列結(jié)合創(chuàng)造出了一種用于各類粘膜高效生物標(biāo)志物富集與藥物快速沉積的受小腸絨毛啟發(fā)的數(shù)學(xué)工程化底紋貼片（Intestinal villi-inspired Mathematically Base-Layer Engineered Microneedles, IMBEMs）,，以增強(qiáng)器件-粘膜相互作用,。IMBEMs貼片可以通過對(duì)材料的控制實(shí)現(xiàn)捕獲與遞送兩種模式，兩種模式的IMBEMs貼片都能發(fā)揮顯常規(guī)產(chǎn)品（貼片及拭子等）的效率,，其所使用的材料生物相容性好,，裝載物活性高,，受試者依從性大，制作相對(duì)便捷,，故具有非常高的臨床轉(zhuǎn)化潛力,；除此以外，由于本身是一種不依賴于材料或化學(xué)特性的特殊表面結(jié)構(gòu)所帶來的互作增強(qiáng),，這種由小腸絨毛所啟發(fā)的結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于多種需要增強(qiáng)交換效率的界面,；同時(shí)IMBEMs貼片也可以和多種現(xiàn)有醫(yī)療器械（例如內(nèi)窺鏡，腸鏡,，陰道鏡等）相結(jié)合,，可以對(duì)難以觸及的部位采樣/遞送，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景,。
相關(guān)工作近期發(fā)表于材料學(xué)權(quán)威期刊《ACS Nano》上,，華中科技大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)系博士研究生龔宇晟為本文的第一作者。通訊作者為華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院陳偉教授,，新加坡國立大學(xué)陳小元教授,。此項(xiàng)工作的細(xì)菌實(shí)驗(yàn)部分由基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系郭雨松教授團(tuán)隊(duì)提供支持。
此項(xiàng)工作受到中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi),，湖北省自然科學(xué)基金，國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（海外）等項(xiàng)目的支持,。
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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02944
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