《Journal of Controlled Release》：Breaking the skin barrier: How nanoparticle-loaded microneedles are poised to redefine drug delivery
微针介导的纳米颗粒递送（MND）已成为经皮药物递送领域的一种变革性方法，因为它整合了纳米颗粒的优势（如提高药物稳定性、靶向递送和控释）与微针（MNs）的微创和患者依从性特点。这些混合系统能够递送多功能纳米药物，具有彻底改变多种疾病预防和治疗的巨大潜力。此外，与传统微注射相比，MNs的微创和患者友好特性可减少患者的疼痛和不适。本综述重点介绍了纳米颗粒整合的MN技术在治疗癌症、免疫紊乱、皮肤病、疼痛管理和糖尿病方面的最新进展。研究人员还综述了MNs与纳米载体（如聚合物纳米颗粒、脂质体和金属基纳米结构）的协同组合，以实现精确的药物定位、控制药物释放、降低全身毒性并增强治疗反应，展示了载纳米颗粒的MNs如何作为一种高效、无痛且患者依从的制剂来彻底改变非侵入性药物递送。此外，研究人员讨论了优化这些系统以实现临床转化的挑战和未来方向。
1. 引言
药物和生物分子可通过多种途径给药，但存在不适、药物降解和不良生物分布等局限性。经皮药物递送作为一种有前景的替代途径，因无创、无痛、给药简便且能避免肝肠代谢而受到关注。然而，皮肤的功能性屏障显著限制了药物渗透，尤其对于高分子量药物。微针（MN）技术作为一种微创的微米级突起，能够突破角质层而不刺激疼痛受体，增强药物分子向皮肤深层组织渗透。
MN贴片可分为固体、空心、可溶、涂层和可膨胀型，其力学性能需足以穿透皮肤屏障，材料选择至关重要。虽然传统载药MN系统展现了良好结果，但仍面临载药量受限、突释行为、对不稳定生物分子保护不足以及释放动力学和空间靶向控制不足等限制。这些问题对于蛋白质、肽和核酸等大分子治疗药物尤为关键。
大量研究表明，纳米颗粒（NPs）在MN系统中的引入可促进皮肤渗透、减少药物剂量、实现原位控释以及携带高分子量和亲水性药物。纳米技术与MN技术的融合开启了精准医学的新可能。NPs虽然具有增强药物稳定性、控释和持续释放、可调药代动力学行为以及刺激响应性递送等优势，但独立NP系统因角质层的强屏障特性而经皮渗透有限。然而，当嵌入MN阵列后，这种整合克服了各自系统的局限性：MNs物理绕过皮肤屏障并促进向深层组织递送，而NPs则提供控释、货物保护、靶向能力和多功能治疗反应。因此，载NP的MNs代表了一种协同的经皮递送平台，结合了MNs的力学优势与NPs的物理化学和生物学功能。例如，NPs可实现持续或刺激响应性药物释放，克服生物屏障，并改善从MN贴片释放的药物的药代动力学特征。此外，NPs的引入还可改善力学性能、增强治疗精确性、延长药物滞留、实现刺激响应性释放，并扩展MN系统在肿瘤学、免疫治疗、疫苗接种、抗菌治疗、伤口愈合、疼痛管理和慢性病治疗等多个生物医学领域的适用性。尽管前景广阔，但NP组成、MN几何形状和制备技术、释放机制以及临床安全性等因素仍需精心优化以确保治疗效果。
尽管将NPs与MN系统整合具有明显优势，但这种组合也引入了需要仔细考虑的设计挑战。例如，增加NP负载可能提高载药量，但同时可能损害安全性或改变释放动力学。同样，刺激响应性纳米载体虽然能实现对药物释放的复杂控制，但其性能可能高度依赖于不同患者之间差异显著的局部生理条件。因此，对材料性质、递送性能和生物学变异性之间平衡的批判性理解对于合理设计载NP的MN系统至关重要。
尽管在MN和基于NP的递送系统方面取得了显著进展，但这些方法通常被分开讨论或仅针对特定应用。关于载NP的MNs的综述通常以应用为重点，并不一致地考察NP引入如何影响MN性质和治疗效果。此外，与传统MNs和独立NP系统的直接比较仍然有限，使得难以清晰评估其相对优势和局限性。在此背景下，本综述提供了NP引入的MN系统的总体概述，讨论了其设计、NP引入和递送行为的关键方面，并将这些混合系统与传统平台进行了比较。还概述了与转化相关的应用和当前挑战。
2. 载NP的MNs的设计与递送策略
随着新型治疗药物的发展，需要合适的策略来替代传统制剂。大多数治疗的主要目的是在特定作用位点释放适当剂量的药物。纳米载体因其高药物递送能力而受到关注。当它们与MNs结合时，可以改善药物稳定性、控制作用部位的载药积累、实现持续药物释放并改善药物吸收。最近这些新型系统已应用于癌症、自身免疫性疾病、糖尿病、皮肤病和急性疼痛的治疗。
基于这些优势，MN技术已成为一种微创平台，能够暂时绕过角质层屏障并实现治疗剂的控释皮内和经皮递送。早期研究证明MNs可以显著增强大分子、蛋白质和疫苗的递送，同时表现出最小的皮肤刺激和组织损伤风险。尽管取得了这些进展，传统载药MN系统仍存在内在限制，包括载药量受限、突释行为、对脆弱生物分子的保护不足以及药物释放的空间和时间控制不足。此外，由于浇铸和干燥过程中的相分离，溶解性聚合物基质内的药物分布通常不均匀，可能导致同一阵列内单个MNs之间的剂量变异性。这些限制对于生物制品和基于核酸的治疗药物尤为关键，因为制备引起的失稳可能显著损害生物活性和治疗可重复性。
尽管在MN和基于NP的递送系统方面取得了显著进展，但每个平台都存在固有的局限性（方案1）。传统载药MNs主要受限于载药量有限、快速或突释行为以及对蛋白质、肽和核酸等敏感生物大分子的保护能力不足。此外，其功能主要局限于被动或扩散控制的递送，靶向或刺激响应性释放的潜力有限。与此同时，独立的NP系统虽然在药物封装、控释和表面功能化方面高度灵活，但受到角质层强屏障功能的根本限制，严重限制了它们在局部给药后渗透到活皮肤层的能力。因此，它们在经皮应用中的治疗功效通常受到不良定位、有限的组织滞留以及在到达靶位点前可能被全身清除的限制。此外，独立NP的经皮传输高度依赖于粒径、表面电荷、疏水性和胶体稳定性等物理化学性质。即使在优化条件下，NP通过完整皮肤的渗透仍然由于曲折的细胞间脂质途径和不一致的毛囊摄取而效率低下，导致递送效率高度可变。这些互补的局限性表明，单独基于MN或基于NP的系统都不足以完全满足高效、局部化和受控的经皮药物递送的需求。
方案1. 三种经皮药物递送系统的比较示意图。混合载NP的MN系统协同实现受控、靶向和高效的经皮药物递送，克服了仅MN和仅NP平台的关键局限性。
为了应对这些挑战，广泛的研究集中在将NPs整合到MN平台以创建多功能混合系统。NPs提供了包括改善药物稳定性、保护不稳定治疗药物、可调药代动力学以及实现受控、持续或刺激响应性药物释放的成熟优势。然而，尽管有这些优势，独立的NP系统仍然受到皮肤特别是角质层的强屏障特性的严重限制，限制了它们向活表皮或真皮层的渗透。研究表明，MN辅助的物理屏障破坏与基于NP的药物载体的组合代表了一种增强皮内递送和治疗性能的高效策略。因此，载NP的MN系统应被视为一个协同平台，而不是简单的加法组合，其中MNs物理进入深层组织，而NPs则提供对药物释放和治疗活性的功能控制。然而，将NPs整合到MN基质中引入了额外的配方复杂性。高NP负载可能在溶剂蒸发或聚合物固化过程中诱导聚集，可能损害NP均匀性和MN力学完整性。因此，优化NP浓度、聚合物粘度和制备条件对于确保可重复的插入和递送性能至关重要。
表1. 载药MNs、独立NPs和载NP的MN系统在递送机制、局限性和转化挑战方面的比较。
从设计角度来看，多种MN架构已被探索用于NP递送，包括可溶性、涂层、空心和水凝胶形成系统。可溶性MNs是最广泛研究的，因其简单、安全以及在间质液中溶解后完全释放嵌入NPs的能力。水凝胶形成MNs可通过交联聚合物网络的溶胀实现持续扩散控制释放。涂层MNs提供快速药物释放，但受限于低载药量和涂层不稳定性，而空心MNs允许直接输注NP悬浮液，但需要更复杂的制备和精确的递送控制。固体MNs虽然较少直接用作药物载体，但也作为皮肤预处理系统被研究，在局部NP应用前生成瞬时微通道。然而，这种两步给药方法通常受到孔闭合动力学不一致和对NP扩散到深层组织的控制有限的困扰。
载NP的MN系统的性能强烈依赖于材料选择和结构设计，这决定了力学强度、插入效率、生物降解性和释放动力学。常用聚合物包括透明质酸（HA）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、壳聚糖、明胶甲基丙烯酸酯和支链淀粉，因其良好的力学和生物相容性。NP引入根据负载浓度和材料兼容性可增强或损害MN力学性能。在某些情况下，金NPs或层状双氢氧化物等纳米材料可改善力学强度，而过量负载可能削弱结构完整性并降低插入效率。这种力学损伤在可溶性MN系统中尤为相关，过度NP引入可能改变聚合物结晶度、水化行为和断裂抗力，最终降低穿透效率并增加不完全皮肤插入的风险。
已经开发了多种制备策略用于将NPs整合到MN阵列中，包括均质封装、尖端负载和表面涂层方法。其中，基质封装因其简单性和在插入过程中保护NPs的能力而成为最广泛使用的方法。尖端负载通过将载药集中在MN尖端来增强空间递送精度，而涂层策略可实现快速释放，但受限于低载药量和稳定性问题。最近，多层和隔室化MN设计已被提出用于实现序贯或联合疗法，特别是在肿瘤学和免疫治疗应用中。更先进的制备方法，包括逐层浇铸、微流控辅助成型和3D打印技术，最近已被探索用于改善NPs的空间分布并实现对隔室化药物释放曲线的更精确控制。然而，可重复性和大规模制造标准化仍然是临床转化的主要限制。
从比较角度来看，不同的NP平台可能表现出不同的优势和局限性，显著影响它们在基于MN的系统中的性能。聚合物NPs，如PLGA或壳聚糖基载体，因其生物降解性和提供持续药物释放的能力而广泛使用；然而，它们可能对某些亲水性分子存在相对较低的载药效率。脂质基NPs，包括脂质体和固体脂质NPs，对亲水性和疏水性药物均提供优异的生物相容性和高包封效率，但通常表现出有限的结构稳定性和更快的释放动力学。相比之下，无机NPs，如金、二氧化硅或金属-有机框架，可以引入额外的功能（例如光热效应、成像能力、增强的力学强度），但其长期生物相容性和清除仍然是潜在关注点。因此，NP类型的选择不仅应基于药物兼容性，还应基于预期的释放曲线、治疗应用和安全性考虑。
在载NP的MN系统中的一个重要考虑因素是NPs的物理化学性质在整合到MN基质过程中和之后是否保持不变。制备过程，包括溶剂浇铸、干燥和聚合物固化，可能影响NP特性，如形态、粒径分布、表面电荷和胶体稳定性。在某些情况下，NPs与聚合物基质之间的相互作用可能导致聚集或表面性质的改变，从而影响药物释放行为和生物学性能。然而，多项研究表明，通过适当的配方策略，包括优化聚合物选择、控制干燥条件和NP的表面稳定化，可以在MN系统内保持NP完整性。因此，仔细的设计和表征对于确保在整个制备和后续经皮递送过程中NP功能性得以维持至关重要。
插入皮肤后，载NP的MN系统的药物释放由聚合物降解和NP特异性释放机制共同决定。可溶性MNs通过聚合物在间质液中的溶解释放其货物，而水凝胶形成系统则实现持续扩散控制的释放。此外，NPs通过刺激响应性机制引入进一步控制，包括pH敏感性降解、酶触发、热响应和光热激活。这些特征对于需要时空控制的应用特别相关，如癌症治疗、疫苗接种、抗菌治疗和慢性病管理。重要的是，刺激响应性释放机制通常受到局部生理变异性的强烈影响，包括pH波动、酶活性、皮肤水合状态和炎症条件，这些可能导致患者间药物释放动力学和治疗结果的可变性。
重要的是，载NP的MN系统的递送性能受到多个相互依赖参数的影响，包括NP尺寸、表面电荷、MN几何形状、插入深度和生理条件。最近的研究强调，载体和MN架构的纳米工程显著影响扩散行为、细胞摄取和组织滞留。然而，尽管进展迅速，可扩展制造、长期配方稳定性、灭菌兼容性和临床转化的监管标准化仍然存在挑战。额外的转化问题包括灭菌引起的聚合物基质或纳米载体降解、由NP聚集引起的长期储存不稳定性，以及缺乏针对组合设备-药品产品的协调监管框架。这些挑战表明，载NP的MN系统的临床转化目前不仅受到生物学性能的限制，还受到制造鲁棒性和质量控制可重复性的限制。
最后，尽管有各种设计策略可用，文献中不同载NP的MN系统之间的直接比较仍然相对有限。这使得建立最佳性能的清晰设计指南变得困难。例如，虽然可溶性MNs通常因其安全性和简单性而受青睐，但水凝胶形成系统可能提供对持续释放的优异控制。同样，无机NPs可能增强力学强度，但可能引起对长期生物相容性和清除的担忧。这些考虑突显了未来更需要标准化的比较研究，系统评估单个设计参数如何影响临床性能。
3. 载纳米颗粒微针的治疗应用
3.1. 癌症治疗
癌症仍然是全球死亡的主要原因。传统治疗方式面临缺乏特异性、全身毒性和耐药性等显著限制。因此，最近的进展集中在创新治疗策略上，包括免疫治疗、基因治疗和纳米医学。其中，局部化和受控的治疗剂递送已成为增强癌症治疗效果和最小化副作用的关键因素。因此，MN设备作为新型药物递送载体在癌症治疗中获得了相当大的关注，为靶向、受控和高效的治疗递送提供了有前景的解决方案。近期靶向癌症治疗进展表明，结合NP基药物载体的MN系统在高效局部药物递送方面具有巨大潜力。例如，基于聚乙烯醇（PVA）的MN贴片用于将铁蛋白纳米笼阿霉素（Dox）特异性递送至黑色素瘤细胞。PVA MNs允许直接皮肤穿透，实现Dox在肿瘤部位的持续释放。铁蛋白作为纳米载体，不仅保护Dox免于过早降解，还通过受体介导的内吞作用促进其在肿瘤细胞中的积累。体外和体内研究表明，载纳米载体的MN系统显著抑制肿瘤生长，并诱导比游离Dox更高的凋亡率。这种MN贴片提供了局部药物递送，有效减少了与传统化疗相关的全身副作用。类似地，脂质NPs包封顺铂作为化疗药物，与羧甲基纤维素（SCMC）可溶性MNs结合，用于评估针对浅表肿瘤的药物递送系统的抗癌效果。结果显示了成功的经皮药物递送和肿瘤细胞凋亡。基于这些发现，一项新研究采用了整合阿托伐他汀负载的南瓜体（PUMP）的MNs用于乳腺癌的靶向治疗。该策略展示了一种创新机制，用于增强肿瘤部位的药物递送。与传统制剂不同，阿托伐他汀负载的PUMP MN贴片通过利用PUMPs（小型、稳定且可生物降解的NPs）的独特性质高效靶向肿瘤。该系统不仅显著减少了小鼠模型中的肿瘤体积，还显示出在肿瘤微环境中直接浓缩阿托伐他汀的显著能力，达到的治疗浓度几乎比游离阿托伐他汀高两倍。此外，通过MN贴片局部递送阿托伐他汀显著减少了脱靶毒性，全身副作用明显少于静脉给药。这些令人信服的结果表明，将MNs与创新NP载体整合可以通过增强药物定位和卓越的治疗效果以及最小的副作用来彻底改变癌症治疗。
此外，研究者合成了包封金丝桃素（Hy）的脂质纳米胶囊（LNCs），以克服货物的差皮肤渗透能力和低水溶性。他们开发了空心MNs（Ho-MNs）用于形成微通道以促进LNCs通过皮肤各层。研究表明，在30分钟光照后，不同Hy-LNC制剂的光动力活性（PA）分别增加了125倍、396倍和438倍。随后，在包封Hy的LNCs组中活性氧（ROS）水平增加。细胞摄取和光细胞毒性评估显示，所有Hy-LNC处理的细胞根据共聚焦图像呈现亮红色细胞内荧光，证实Hy-LNCs在黑色素瘤细胞B16-F10的多个亚细胞域中积累并高效摄取。Hy包封在LNC组中表现出比Hy溶液更大的荧光强度。癌症细胞毒性评估表明，照射后Hy-LNC组具有高细胞杀伤率，最低可达0.2μM。离体研究显示，通过Ho-MNs创建通道后，Hy-LNCs能够递送到皮肤深层。体内研究表明，通过Ho-MNs递送的Hy-LNCs在照射后肿瘤体积显著减小。
根据癌症的阶段和类型，单药治疗可能不足，需要额外因素。最近，结合化疗和光热治疗的MN贴片用于治疗癌症的方法已经出现。研究者应用MN贴片在病变皮肤上生成微通道，并促进有机二氧化硅NPs在皮肤层内的扩散。他们功能化了光敏剂酞菁（Pc），形成了Pc键合的中孔有机二氧化硅NPs（PcNP），并用于包封达拉非尼和曲美替尼（PcNP@Drug）以治疗BRAF
V600E不可切除黑色素瘤。体外细胞活力评估显示，联合治疗组（PcNP@Drug +hv）在SKMEL-28细胞系中实现了完全细胞死亡。氧化应激检测显示，PcNPs在光照下能够产生氧化应激。在3D肿瘤球体模型中，联合治疗对球体生长有显著抑制作用。体内研究表明，在异种移植肿瘤小鼠模型中，联合治疗组显著抑制了肿瘤生长。苏木精和伊红（H&E）染色显示，联合治疗导致肿瘤细胞破坏。
类似地，一项研究使用聚（丙交酯-共-乙交酯）（PLGA）作为纳米载体包封紫杉醇（PTX）和吲哚青绿（ICG），与可溶性MNs结合用于黑色素瘤治疗。他们利用泊洛沙姆和α生育酚琥珀酸酯（TPGS）创建多孔PLGA NPs（PTNPs），以促进药物释放。制备的PTNP负载MNs表现出金字塔形状，尖端呈绿色，确认ICG负载NPs成功载入MN尖端。皮肤插入研究表明，MNs能有效穿透皮肤，插入深度为150-200μm。体外细胞毒性实验显示，PTNPs对B16细胞的杀伤效果优于游离PTX。光热能力评估表明，ICG负载MNs在近红外（NIR）照射下温度升高至60°C。体内光热研究证实，肿瘤部位温度在1分钟内升至48°C并持续。PTNPs（PTX/ICG）负载MNs的体内滞留能力研究显示，荧光信号在12小时后几乎下降60%，24小时后主要器官无明显信号。体内抗肿瘤疗效评估中，NP负载MNs组肿瘤生长速率降低，联合化疗和光热治疗显示出对恶性黑色素瘤的协同效应，并通过Ki-67免疫组化染色得到确认。
此外，一些研究者探索了纳米载体与MNs结合用于癌症治疗中的光热和免疫治疗。一项研究将吲哚青绿包封在壳聚糖NPs（ICG-NPs）中，并结合吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）阻断，使用核壳MN递送到肿瘤部位以增强免疫反应。体内结果表明，该系统可提供协同免疫治疗，诱导肿瘤细胞凋亡并抑制转移。
3.2. 皮肤病
皮肤病虽然常被忽视，但可能危及生命，因为皮肤作为身体抵御病原体的第一道防线发挥着重要作用。有效的治疗策略对于解决皮肤相关疾病至关重要，其中NPs与MN系统的整合已成为克服皮肤天然屏障和增强治疗剂递送的突破性方法。纳米载体以其提高药物生物利用度的能力而闻名，在治疗皮肤感染、炎症和皮肤伤口方面已证明特别有效。当与MN贴片结合时，其治疗潜力显著增加。值得注意的是，生物药剂学分类系统（BCS）强调约90%的药物存在溶解度差的问题，这可以通过创新的递送系统如MN-纳米载体组合来缓解，同时增强溶解度和靶向递送。
作为药物载体，具有高载药量的纳米晶体可以掺入难溶性药物（BCS II类和IV类），并通过增加表面积与体积比来克服局部给药应用的溶解度问题。研究者研究了将伊曲康唑（ITZ）纳米晶体掺入可溶性聚乙烯醇（PVA）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）MNs中。与常规疗法相比，该系统在治疗皮肤念珠菌病方面非常有效。超小纳米晶体可显著增强药物溶解度，从而提高抗念珠菌病的抗真菌效力。制剂的皮内插入促进了ITZ在感染部位的分布，这对实现针对念珠菌病的细胞毒性效应至关重要。
皮肤感染可能很复杂，导致生物膜形成。生物膜由于细胞外聚合物（EPS）的形成而对抗生素高度不渗透，导致治疗失败。因此，为了实现成功的抗生物膜治疗，需要设计药物递送系统来克服这种极其致密的膜，并将药物递送到生物膜感染部位，促进结构破坏。为此，研究者将氯霉素（CAM）负载到明胶NPs（CAM@GNPs）中，以保护CAM免受酶降解并降低在创伤弧菌生物膜中的药物毒性。为了提高对伤口生物膜的渗透，使用PVP MNs掺入CAM@GNPs导致CAM的抗生物膜活性增加。MN贴片穿透30秒并完全溶解后，由于细菌产生的明胶酶降解GNPs，抗生素被释放，8小时后创伤弧菌的存活率降低63.2%。
除了真菌和细菌感染，免疫介导的皮肤疾病可能引发炎症状态，如银屑病（PS）和特应性皮炎（AD）。这些皮肤病不仅导致显著不适，还增加了更严重健康并发症的风险。银屑病治疗的关键治疗剂之一是甲氨蝶呤（MTX），以其抗炎和免疫抑制特性而闻名。尽管有效，MTX的全身使用常因潜在毒性和副作用而受限。最近一项研究开发了壳聚糖包被的中空介孔二氧化硅NPs用于将MTX包封在可溶性MN（MTX@HMSN/CS负载MN）系统中，旨在缓解银屑病样皮肤炎症。MTX@HMSN的合成通过两步程序实现。首先，利用溶胶-凝胶技术制备中空介孔二氧化硅NPs（HMSNs），然后将MTX掺入介孔结构中。为了提高生物相容性并促进与皮肤的良好相互作用，通过静电相互作用用壳聚糖包被NPs（MTX@HMSN/CS）。所得的MTX@HMSN/CS NPs尺寸范围为200-300 nm，适合有效的皮肤穿透，并具有高药物包封效率（62.31% ± 4.27）。体外药物释放研究表明MTX的持续释放。将MTX@HMSN/CS NPs整合到MN系统中，使用两步微成型工艺。软骨素硫酸盐（ChS）被选为MN杆的基质材料。MTX@HMSN/CS负载MNs具有10×10阵列，尖锐的金字塔形尖端（高度750μm）。随着药物负载增加，力学强度下降，但MNs保持良好柔韧性。MTX@HMSN/CS负载MNs有效穿透银屑病样小鼠皮肤的增厚表皮，深度约180μm。溶解行为显示，尖锐尖端在3分钟内消失，大部分MNs在8分钟内溶解。荧光渗透研究确认药物渗透达到约200μm。体外实验显示，MTX@HMSN/CS以剂量依赖性方式减少角质形成细胞增殖并抑制促炎细胞因子和趋化因子的表达。体内银屑病样小鼠研究显示，与其他组相比，MTX@HMSN/CS组表现出最佳治疗效果，显著减少皮肤红斑和鳞屑。
此外，特应性皮炎（AD）是一种慢性炎症状态。环孢素A（CsA）是一种用于治疗中度至重度AD的免疫抑制剂。为了改善其有效性，研究者开发了载有CsA的脂质囊泡（LV），并将其掺入可溶性MN阵列贴片（DMAPs）中。细胞活力测定在HaCaT角质形成细胞和L929成纤维细胞系中均高于80%。在延迟型超敏反应（DTH）小鼠模型中测试系统，CsA-LVs@DMAPs处理组与对照组相比，光子发射减少近60%。组织学切片显示，处理组的炎症迹象（如水肿和白细胞浸润）减少50%。白细胞介素（IL）-6和肿瘤坏死因子（TNF）-α水平分别降低40%和45%。
规律成簇间隔短回文重复（CRISPR）相关蛋白9系统（CRISPR/Cas9）是一种变革性的基因组编辑技术，在治疗遗传性疾病方面具有广泛应用。新证据也支持其在管理炎症性疾病中的潜在疗效。因此，开发了一种基于基因组编辑的NOD样受体家族含pyrin结构域3（NLRP3）与糖皮质激素药物联合治疗的可溶性MN介导的经皮药物递送系统，用于炎症性皮肤病（ISD）。研究者使用透明质酸（HA）和胶原三肽（CTP）制备MN贴片。聚（丙交酯-共-乙交酯）（PLGA）NPs用作载体负载地塞米松（Dex）用于糖皮质激素治疗。他们将靶向NLRP3的Cas9核糖核蛋白（RNP）配制在CP/Ad-SS-GD超分子聚合物中，形成Cas9纳米复合物。所得纳米制剂以适当的负载能力结合到MN基质中。纳米制剂在插入小鼠皮肤后快速扩散到真皮和表皮层。在体内评估治疗效果前，研究了经皮系统的生物相容性和毒性。建立特应性皮炎（AD）小鼠模型，通过局部应用2,4-二硝基氯苯（DNCB）诱导。双载MN贴片（G6）治疗的小鼠和对照组（G1）观察到皮肤炎症完全消失，而未治疗组（G2）和空白MNs组（G3）未见AD治疗进展。单载MNs（Dex或RNP）相对改善了AD症状。双载靶向组的抓挠水平较低，脾脏重量和肥大细胞计数显示类似趋势。Western blot分析显示，G6组IL-1β、IL-18、NLRP3和cleaved caspase-1 p10的基因表达降低率高于其他组。此外，在银屑病（PS）小鼠模型中也研究了双靶向潜力。双载MNs抑制了PS炎症，与阳性对照相似。MN处理组的脾脏重量降低。双靶向抑制ISD炎症的能力通过基因表达检测得到确认。组织学分析证实了联合治疗介导的MN对抗ISD的抗炎潜力。
3.3. 糖尿病与疼痛管理
糖尿病是一种慢性代谢疾病，以胰岛素缺乏或胰岛素抵抗为特征，导致持续高血糖和严重并发症。传统治疗方法面临患者依从性和长期有效性的问题。MN介导的经皮药物递送已显示出有前景的结果。许多研究表明，将NPs掺入MNs可以避免胰岛素降解，赋予这些系统多种优势。用于药物递送和血糖监测的闭环系统具有执行胰腺功能并在高血糖条件下释放包封胰岛素的巨大潜力。研究者利用pH敏感性NPs引入了葡萄糖响应性闭环MN系统用于胰岛素递送。聚（2-（六亚甲基亚氨基）乙基甲基丙烯酸酯）（PHMEMA）具有低pKa（6.7），在酸性条件下促进降解，但在血液中（pH 7.4）保持结构。研究人员利用这种pH敏感性聚合物制造了智能胰岛素递送贴片，包含mPEG-b-PHMEMA共聚物包封胰岛素（SNP(I)）并在酸性pH下释放；mPEG-b-聚（2-环己基乙基甲基丙烯酸酯）（mPEG-b-PCHMA）掺入葡萄糖氧化酶（GOx）和过氧化氢酶（CAT）获得iSNP(G + C)；以及PVP制造MN贴片用于负载和递送NPs。在高血糖条件下，GOx与葡萄糖的相互作用导致葡萄糖酸和过氧化氢水平升高。随着环境pH降低，SNP(I)被质子化，其结构解体，释放胰岛素并降低血糖水平。在1型糖尿病小鼠模型中，MN贴片插入后，小鼠迅速响应高血糖浓度。
另一项研究利用GOx在葡萄糖存在下产生H
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2的机制来刺激胰岛素释放。他们将胰岛素和GOx共掺入介孔二氧化硅NPs（MSNs）中，并用4-（咪唑基氨基甲酸酯）苯硼酸频哪醇酯（ICBE）修饰NP表面。使用α-环糊精（α-CD）与ICBE形成主客体复合物以防止胰岛素泄漏。然后制造PVP MN贴片以负载Ins + GOx-MSN-ICBE/α-CD。体内研究表明，含有GOx和胰岛素的MNs对高葡萄糖浓度响应迅速，而缺乏GOx的贴片释放无效胰岛素剂量，表明GOx和H
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2在胰岛素递送中的主要作用。
另一种闭环胰岛素递送系统基于苯硼酸（PBAs）作为葡萄糖响应性基团。MSNs用作药物载体负载氧化锌NPs（ZnO）连接到蒽基单硼酸3（ZnO-PBA-2），作为帽子将胰岛素保持在MSNs内并在高血糖情况下控制其释放。通过使用N-（3-三乙氧基甲硅烷基丙基）葡糖酰胺连接到MSNs来修饰PBAs，提高其稳定性和敏感性，将其转化为苯硼酯（PBEs）。制备的多任务纳米载体掺入透明质酸MNs（SGRM）中，以增强穿透深度并提供良好的胰岛素经皮药物递送贴片。在1型糖尿病小鼠模型中，SGRM贴片有效降低血糖水平至正常范围，持续4小时，且无低血糖效应。相比之下，直接注射胰岛素仅维持正常血糖水平1小时。血清胰岛素水平检测显示，SGRM贴片给药比直接注射更提高胰岛素水平，峰值在2小时。通过腹腔内葡萄糖耐受试验（IPGTT）评估，SGRM贴片给药后胰岛素递送效果良好。对健康小鼠给药显示，单独胰岛素可诱导低血糖，而SGRM处理未观察到明显的葡萄糖含量降低。
另一项研究通过材料设计实现了葡萄糖响应性系统，整合了葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）在脂质体膜中，并将其与葡糖胺修饰的胰岛素（Glu-insulin）结合。在高血糖条件下，Glu-insulin被释放。研究者使用交联透明质酸（HA）MN贴片负载具有葡萄糖转运蛋白的脂质体NPs。体外释放实验显示，在高浓度葡萄糖溶液中Glu-insulin释放显著增加。HA MNs通过微成型和顺序离心制备。体内研究在链脲佐菌素（STZ）诱导的1型糖尿病小鼠模型中进行，Glu-insulin MN组在1小时内观察到血糖水平快速下降，维持5小时且无低血糖。
疼痛管理方面，经皮药物递送是一种有前景的替代方法。阿片类药物如芬太尼广泛用于控制重度疼痛。一项研究将芬太尼衍生物包封在聚乳酸（PLA）/聚（丙交酯-共-乙交酯）（PLGA）NPs中，以控制药物释放并减少口服时的副作用。随后将其掺入可溶性MNs中，使用羧甲基纤维素（CMC）制造尖端负载MN贴片，在2周治疗期间有效减轻疼痛水平。
α-芋螺毒素（ZIC）是一种用于慢性疼痛管理的25氨基酸合成肽，通过抑制N型电压门控钙通道发挥作用。但其亲水性显著限制其跨越血脑屏障（BBB）的能力，且静脉给药伴随严重副作用。研究者开发了创新递送系统，将ZIC整合到MNs中以促进其经皮传输至大脑。ZIC被包封在融合了外泌体膜的脂质体中，增强其穿越BBB的渗透性。MN贴片使用明胶甲基丙烯酰基（GelMA）作为针基质，通过模具浇铸和光固化技术制备。进一步优化，用冰片（BOR）修饰脂质体，与间充质干细胞来源的外泌体（MSCEXO）融合，并掺入MN配方。制造的MNs表现出良好结构。力学性能评估后调整了配方。细胞活力测定显示无显著细胞毒性。体内生物分布评估显示，Cy5@MSCEXO/LIP-BOR尾静脉注射组脑部荧光强度最高，但MN#Cy5@MSCEXO/LIP-BOR MNs适合多次给药。镇痛效果评估显示，MN#ZIC@MSCEXO/LIP-BOR MNs在小鼠中表现出持续至6小时的机械痛撤足阈值延长，镇痛效果在2-4小时最强。
4. 用于基于MN的免疫治疗的免疫佐剂纳米颗粒
经皮药物递送是一种有前景的免疫接种方法，因为表皮中存在大量树突状细胞和朗格汉斯细胞，这些是专门的免疫细胞。朗格汉斯细胞可以摄取、加工并将抗原递呈给其他免疫细胞，启动免疫反应。NPs可作为佐剂增强这一过程。
4.1. 免疫治疗
免疫系统（IS）对于防御病原体至关重要。然而，免疫反应有时会被破坏，导致自身免疫性疾病和癌症等病理状态。免疫治疗旨在通过调节功能失调的免疫反应来恢复免疫平衡。多项研究表明，NPs可作为载体保护抗原或佐剂免受降解。MNs可以直接递送各种分子如抗体和过敏原穿过皮肤，增加免疫原性。例如，传统途径的疫苗接种有局限性，可通过MN介导的NPs透皮递送疫苗制剂来克服。
一项研究使用空心MNs进行PLGA NPs的皮内递送，用于有效疫苗递送。该系统可以递送大量NPs通过皮内途径，显著增强体液和细胞免疫反应。基因免疫（DNA疫苗）是一种新技术，提供多种优势，但其免疫原性较低。基于纳米载体的DNA疫苗是一种有前景的方法。MN与NPs结合用于基因递送已在免疫治疗中得到广泛研究。
研究者评估了PLGA/PEI NPs包封pH1N1 DNA疫苗并涂覆在固体MN上的递送潜力。PLGA/PEI/pH1N1多聚复合物与PVP和海藻糖混合涂覆在不锈钢MNs上。体内研究表明，PLGA/PEI NPs + MN组的IgG滴度高于其他给药途径。
另一项研究制备了PLGA-PLL/γPGA NPs负载EboDNA用于埃博拉疫苗接种，并将其掺入可溶性MNs中。NPs增强了EboDNA的稳定性和转染效率。体内免疫评估显示，PLGA-PLL/γPGA-EboDNA NPs通过MN贴片接种后，IgG、IgG1和IgG2a滴度均升高，假病毒中和试验表现出强中和活性。
此外，研究者还研究了纳米载体与MN贴片结合用于递送疫苗和免疫原性分子，用于多种疾病，包括宫颈癌、黑色素瘤、前列腺癌、HIV-1、银屑病和淋病奈瑟菌感染。
一项研究将MN技术与PeptiCRAd（肽涂层条件复制腺病毒）结合用于癌症免疫治疗。PVP MNs成功保持了PeptiCRAd的活性。流式细胞术显示PeptiCRAd负载MNs诱导的CD86表达升高。体内研究观察到cDC1细胞群增加45%，记忆T细胞增加60%。最终系统在小鼠中实现了85%的肿瘤排斥。
研究者还探索了使用NPs作为免疫佐剂增强疫苗效果。一项研究将模型抗原OVA 257-264插入乙型肝炎核心（HBc）蛋白中，并用介孔二氧化硅NPs（MSNs）作为佐剂。MSN/OVA-HBc@MN系统成功诱导了强细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应，并在B16F10-OVA肿瘤小鼠中显示出显著抗肿瘤效果，CD8+ T细胞增加了10倍。
另一项研究开发了镁（Mg）微马达负载的活性MN，用于递送免疫检查点抑制剂至黑色素瘤小鼠模型的瘤内。活性MN相比被动MN和注射显示出更好的总体生存率和肿瘤生长抑制。
研究者还开发了一对离子电渗驱动的MN贴片，掺入来源于大肠杆菌的两种外膜囊泡（OMVs），分别编码gp100和CCL21。IPMN-CG组显示出CD8+和CD4+ T细胞群显著增加，并检测到高水平的TNF-α和IFN-γ，证实了其作为有效免疫预防递送系统的适用性。
4.2. 流感疫苗接种
尽管全球每年进行流感疫苗接种，但由于病毒关键抗原表位血凝素（HA）的快速抗原变化，现有疫苗效果不足。一项研究开发了双层NPs，利用流感基质蛋白2外结构域（M2e）作为载体递送神经氨酸酶（NA）和鞭毛蛋白（FliC）作为佐剂。将这些双层NPs添加到MN结构中，创建了针对同源和异源亚型流感病毒的有效接种方法，结果显示出更好的存活率和更快的体重恢复。
5. 具有纳米颗粒介导抗菌效果的微针
微生物感染显著增加，常用抗菌化合物存在成本高、副作用严重和抗生素耐药性等问题。因此，新策略中使用纳米技术递送现有药物。慢性伤口与细菌生物膜形成相关。可溶性MNs是能跨越皮肤主要屏障的药物递送装置。NPs掺入MNs增加了NPs向皮肤坏死组织的渗透，促进慢性伤口愈合。
研究者开发了表面涂有抗菌剂的聚乙烯二醇二丙烯酸酯（PEGDA）MNs，表面涂层含纳米银（NS）的明胶/蔗糖膜。MNs穿透皮肤后快速溶解，释放NS杀灭病原体。抗菌测试显示，PEGDA@film-NS MN贴片几乎完全抑制了革兰氏阳性和阴性细菌的生长。
另一项研究制备了聚（ε-己内酯）细菌响应性微粒，装饰有壳聚糖并负载银NPs，整合到可溶性MNs中。与不含微粒的MNs和常规乳膏相比，微粒的整合提高了银NPs的药代动力学特征。
香芹酚（CAR）是一种抗菌剂，具有良好的伤口愈合潜力，但透皮性差。研究者开发了MN液体注射系统递送CAR-PCL NPs至慢性伤口，相比皮下针头具有快速、直接、无痛等优势。
此外，研究者开发了两种类型的NPs掺入MN贴片（PFG/M MN），包括聚多巴胺（PDA）负载的铁氧化物NPs经葡萄糖氧化酶（GOx）和透明质酸（HA）修饰。在伤口环境中，NPs分解释放铁离子、GOx和PDA。GOx催化葡萄糖转化为葡萄糖酸，增加过氧化氢水平，用于Fe介导的化学动力学治疗（CDT）。抗菌测试显示，Fe/PDA@GOx@HA具有显著抗菌效果，激光照射后进一步增强。体内感染伤口模型中，MN-PFG/M组显著减少了伤口面积和细菌菌落数。
6. 利用纳米颗粒制造光热微针
光热治疗（PTT）是一种多功能策略。各种纳米材料作为光活性剂，在近红外（NIR）辐射下产生热效应。低温热疗加速组织恢复，高温热疗具有抗菌和抗肿瘤活性。
6.1. 癌症治疗
PTT具有高抗肿瘤活性。研究者开发了光活化MNs用于协同癌症治疗。一种系统将Cu(II)掺杂的聚多巴胺NPs（Cu-PDA）嵌入可溶性MNs中，用于通过化学动力学治疗（CDT）和PTT联合治疗皮肤黑色素瘤。Cu掺入显著增强了光热加热效率。Cu-PDA NPs的光热转换效率为50.40%。Cu(II)离子释放可诱导CDT。组织学分析显示NIR辐射5分钟后无皮肤损伤。肿瘤细胞（MCF-7和B16F10）的活力测试显示CDT和PTT的协同效应。体内抗肿瘤研究显示，联合治疗优化了NP浓度并协同减少了肿瘤体积。
另一项研究中，设计了可溶性MN用于共递送透明质酸酶修饰的半导体聚合物NPs和聚肌苷-聚胞苷酸（PIC）作为免疫佐剂。半导体聚合物NPs具有高PTT效率。体外和体内结果显示，SPN具有高生物相容性和强抗肿瘤活性。PTT与免疫治疗结合显示出协同效应，加速肿瘤细胞死亡并降低复发风险。
另一项研究开发了含六硼化镧NPs（LaB6）和抗癌药阿霉素（DOX）的可溶性MN用于乳腺癌治疗。NIR辐射下，热疗破坏癌细胞并刺激DOX释放，加速肿瘤坏死。MN介导的PTT与化疗的协同组合显示出显著抗肿瘤疗效和低复发率。
此外，研究者开发了金纳米星（GNSs）作为光热剂。快速溶解的MNs由PVP和透明质酸制成，用于更好的药物分布。GNSs负载MNs在NIR照射下温度从室温升至63°C。在猪皮肤中插入溶解后，温度达到约64°C。
6.2. 伤口愈合
MNs与光热NPs的整合成为增强伤口愈合的有前景策略。巨噬细胞M2亚型来源的外泌体可促进血管生成。研究者开发了整合M2巨噬细胞来源外泌体（MEs）的双层MN系统。MEs@PMN贴片在NIR辐射下促进巨噬细胞向M2表型转化，增强血管生成。体内研究表明，MEs@PMN结合温和热（40°C）显著加速糖尿病伤口愈合，减少炎症并增加胶原沉积。
另一项研究开发了掺入硫化铜（CuS）NPs和单宁酸-铕（TA-Eu
3+）NPs的MNs，用于ROS清除和光热杀菌。CuS NPs产生热量消除细菌，TA-Eu
3+ NPs清除ROS并促进巨噬细胞M2极化。
还有研究开发了聚多巴胺涂层银NPs与丝胶甲基丙烯酰基（SerMA）结合的MNs，利用PDA的光热性质和Ag NPs的抗菌效果，促进糖尿病伤口治疗。
一项研究开发了整合人工智能衍生抗菌肽（AMP）和二氧化锰（MnO
2）混合NPs的光热MN贴片。MnO
2 NPs具有抗氧化酶样活性，清除ROS并减轻氧化应激。体内实验显示，该MN贴片显著加速伤口愈合，促进血管化、细胞增殖和胶原合成。
研究者还开发了MgO@聚多巴胺（MgO@PDA）NP负载的光热MN贴片结合壳聚糖（CS）凝胶敷料，用于治疗感染伤口。该系统增强了药物递送深度和载药量，利用NIR诱导的光热效应改善抗菌效果并促进伤口愈合。
此外，研究者开发了掺入生物矿化Ag
2S/Ca
32P纳米复合物的MN系统，用于联合近距离放射治疗和光热治疗。该系统同时抑制术后黑色素瘤复发和加速感染伤口愈合。体内抗菌研究显示，GM-Ag
2S/Ca
32P MN贴片结合激光照射显著减少伤口面积和细菌菌落数，12天后伤口闭合率达97.8%。组织学评估显示TNF-α水平降低，IL-10表达增加，肉芽组织增厚，毛囊出现。
6.3. 局部麻醉
MN介导的NP递送系统已被研究用于局部麻醉，提供微创方法实现快速和受控的镇痛给药。研究者开发了基于MNs和金NPs（Au-NPs）负载水凝胶的新型麻醉系统。Au NPs具有光活性，在NIR辐射下产生可控热效应（约40°C），触发麻醉药物快速渗透至目标区域。
7. 挑战与未来展望
尽管NP掺入的MN系统发展迅速，但几个实际限制仍阻碍其更广泛的临床采用。制造问题是最直接的挑战之一。在实验室规模下相对简单，但转化为工业生产并非易事。将NPs均匀嵌入MNs中，特别是在多层或隔室化结构中，需要对配方粘度、干燥动力学和模具填充进行严格控制。任何步骤的微小变化都可能导致药物负载或力学性能不一致，这对监管和质量控制构成问题。
稳定性是早期研究中常被低估的问题。许多新制备的NP系统在现实储存条件下随时间变化，如聚集、表面化学变化或缓慢降解，影响其递送后的行为。当NPs嵌入聚合物MNs中时，聚合物-颗粒相互作用和水分吸收等因素进一步复杂化长期稳定性。
灭菌增加了另一层复杂性。标准方法如伽马射线或蒸汽灭菌并不总是与聚合物基质或敏感纳米材料兼容。某些情况下，灭菌会改变MNs的力学强度或破坏封装NPs。因此，许多文献中的系统仍依赖小规模无菌制备，这对商业生产不可行。
即使配方本身控制良好，生物学水平的变异性仍然是挑战。皮肤是非均匀屏障，其性质随年龄、解剖部位、水合状态和疾病状态而变化。这些差异影响MNs插入效果、基质溶解或溶胀速度以及NPs的扩散或局部滞留。这对设计用于控释或触发释放的系统特别相关，局部pH或酶活性的微小差异可导致药物递送曲线的显著变化。
从安全性角度看，通过MNs递送的NPs的长期命运仍未完全清楚。许多研究关注短期疗效，较少涉及颗粒清除、重复给药后的积累或与皮肤免疫细胞的相互作用。这些方面在慢性或重复使用应用中将变得更加重要。
最后，这些系统的监管途径仍不明确。载NP的MNs处于药物和医疗器械的界面上，当前指南未提供明确的评估方法，对临床转化构成障碍。载NP的MN系统通常被视为组合产品，需要同时评估器械性能、药物安全性和纳米材料特异性风险。缺乏标准化测试方案使得难以建立不同配方间的统一质量控制标准。解决这些监管不确定性将加速载NP的MN技术的临床采纳。
展望未来，该领域的进展可能更多依赖于改进现有系统使其稳健和临床可行，而非引入全新概念。这包括改善配方稳定性、简化制造工艺以及开发更贴近实际使用条件的测试方法。同时，将MNs与响应性纳米材料、生物传感元件或患者特异性设计策略结合具有明确潜力。如果这些方法能以可重复和可扩展的方式实施，NP掺入的MNs有望成为局部和个性化治疗的真正实用平台。未来研究应超越概念验证，专注于开发具有验证的可扩展性、可重复性和安全性的临床相关系统。
8. 结论
疾病的出现和进展推动了传统治疗方法的转变。大多数疾病治疗方法涉及药物递送系统。经皮药物递送是通过皮肤非侵入性递送药物的有吸引力方法。皮肤的多重屏障限制了药物通过皮肤并最终全身吸收。最近，基于MNs的药物递送系统成为创新经皮方法，在皮肤中创建微通道，绕过关键屏障（特别是角质层），有效递送或释放药物进入体内。此外，NP平台作为高效药物递送系统受到广泛关注。由于其物理化学性质，特别是尺寸、形状和表面特性，NPs具有改善负载药物通过皮肤脂质双层的潜力。因此，微针介导的纳米颗粒递送（MND）系统有效增强经皮药物递送。本综述强调的各种研究表明，同时使用MN贴片和NPs具有独特优势。这种方法是一种无痛的自给药系统，可用于递送高分子量药物、核酸（如DNA、RNA）和疫苗，并可促进不同NP制剂在皮肤层内扩散以治疗多种疾病。在癌症中，它可以提供瘤内注射，最小化对非目标组织的损伤，提高生物利用度，避免全身暴露相关的脱靶效应，提供局部治疗和均匀的三维药物分布，增强免疫治疗的免疫反应，防止全身毒性效应，并提高NP/药物的稳定性。这些创新药物递送系统的优势已在各种研究中得到探讨，它们仍具有巨大潜力，通过提供有效的疾病治疗途径和增强治疗剂的高效传输推动未来进步。
