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科技前沿 | 用于透皮细胞递送的冷冻微针
专栏:行业资讯
发布日期:2021-06-28
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作者:123
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基于此,香港城市大学的Chenjie Xu团队通过优化的低温培养基和对有益的预悬浮细胞进行逐步低温微成型制造低温微针(cryoMNs)(图1),此贴片可以轻易刺穿皮肤并将加载的活细胞输送到皮肤中。

皮肤病可使患者有皮肤和全身感染、创伤和罹患恶性肿瘤的风险。细胞疗法能通过将治疗性细胞注射治疗全身疾病,也可以通过支架移植治疗局部症状,为以前无法治愈疾病带来了希望。然而,这些通常以牺牲患者舒适度的情况下实现靶向细胞的可控和精确传递,为其临床应用带来了挑战。微针(MN)技术可以用微创方式将靶向药物控制和精确地递送到特定的皮肤层和其他组织,而为了携带和递送细胞,MN必须保持加载细胞的活力并具有穿透皮肤的机械强度。

基于此,香港城市大学Chenjie Xu团队通过优化的低温培养基和对有益的预悬浮细胞进行逐步低温微成型制造低温微针(cryoMNs)(图1),此贴片可以轻易刺穿皮肤并将加载的活细胞输送到皮肤中。

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图1 微针示意图


02

cryoMNs 的制备和表征

使用微成型方法制备cryoMNs(图2)将有益的细胞预悬浮在优化的低温培养基中,然后将混合物浇铸到负聚二甲基硅氧烷模具中,并留在模具中20分钟,以使细胞在重力作用下沉入针尖。然后应用顺序梯度低温工艺(从-20 °C到-196 °C),凝固后形成cryoMN贴片。整个制造过程大约需要8小时。由此产生的cryoMNs具有~900 μm的高度和~350 μm的基部宽度,抗压强度为24.7 ± 3.8 MPa。

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图2 cryoMNs的制备与表征


03

cryoMNs的皮肤渗透能力与其在室温下的停留时间的相关性

研究人员探究cryoMNs的熔化对它们的机械强度产生负面影响(图3),当将cryoMNs从其冷冻保存环境(-196 °C,液氮)中取出并留在室温中(~24 °C)时,cryoMNs上立即出现霜冻,并在140秒后针尖开始融化。当将cryoMN放置在指尖上时,针尖在60秒内熔化。猪皮穿透实验显示,cryoMNs应在从储存环境中取出后立即使用,并且暴露于室温的时间应少于40秒。

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cryoMNs的皮肤渗透能力


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cryoMNs释放的细胞的存活和增殖

通过上述制造工艺将六种类型的细胞(RFP-HeLa、HaCaT、NDF、MSC、黑色素细胞和T细胞)加载到cryoMNs中,不同类型的细胞存活率不同,在20-55%之间,但是六种活细胞从cryoMNs释放后均可以增殖。通过拇指按压将载有RFP-HeLa的cryoMNs应用于小鼠皮肤背面,荧光成像显示第3天到第14天,植入的细胞显示出轻微的增殖,细胞能在14天的时间内在小鼠皮肤内继续保持活力。

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4 cryoMNs释放的细胞的存活和增殖


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携带载有抗原的树突细胞(DCs)的cryoMNs接种疫苗

除此之外,研究人员还评估了加载树突细胞(DC)的cryoMNs对癌症疫苗接种的治疗效果。通过将装载OVA-DC(卵清蛋白-树突细胞)的cryoMNs(OVA-DC-cryoMNs)用于小鼠癌症疫苗接种,得出的数据表明,每周两次用OVA-DC-cryoMNs 接种疫苗足以诱导免疫反应,最佳剂量4×105 OVA-DCs。接种OVA-DC-cryoMNs可以诱导比皮下和静脉注射疫苗显示出更有效的抗原特异性免疫反应和更强的抗肿瘤发生能力。

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cryoMNs接种疫苗评估


06

安全性和生物相容性评价

通过拇指按压将它们插入小鼠的背部皮肤并在10分钟后取出,来评估安全性和生物相容性评价。结果显示cryoMNs和HA-MNs处理的皮肤没有表现出任何明显的红斑或水肿,H&E染色显示在使用cryoMNs后30分钟和24小时没有明显的炎症细胞浸润或病理生理反应。除此之外,皮肤中没有明显的细胞凋亡,没有引起任何明显的肝损伤,也不会导致小鼠体重减轻。

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图6 安全性和生物相容性评价

相关成果近期在国际著名期刊Nature biomedical engineering(2019年影响因子18.952)以题为Cryomicroneedles for transdermal cell delivery的论文发表。论文的第一作者为Hao Chang,通讯作者为Haiyan Liu & Chenjie Xu。


论文相关链接

https://www.nature.com/articles/s41551-021-00720-1

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