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可穿戴柔性超聲微針貼片

來源：上海冪方電子科技有限公司 更新時間：2025-03-26 08:00:16 閱讀量：227
導(dǎo)讀：研究背景癌癥是全球重大健康難題，嚴重影響人類生命健康。
研究背景
癌癥是全球重大健康難題，嚴重影響人類生命健康。當(dāng)前臨床癌癥治療方法多樣，包括手術(shù)、放化療、靶向治療和免疫治療等，但面臨諸多挑戰(zhàn)，如藥物遞送效率低、潛在副作用大、使用不便等。壓電催化療法（PCT）作為新興的 ROS 驅(qū)動動態(tài)治療策略，依靠超聲激活各向異性壓電催化劑產(chǎn)生 ROS，在癌癥治療領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。不過，傳統(tǒng) PCT 存在一些問題，例如用于治療的壓電納米粒子（PNPs）通常需注射到體內(nèi)，可能引發(fā)不適、疼痛和組織損傷；常用的超聲換能器為剛性探頭，與皮膚耦合效果差，需要使用大量耦合劑和外部固定裝置，且部分商用超聲探頭含有有毒的鋯鈦酸鉛（PZT）陶瓷，對人體健康存在潛在風(fēng)險 ?？扇芙馕⑨槪∕N）貼片作為一種新興的經(jīng)皮給藥方式，能微創(chuàng)繞過皮膚屏障，但也面臨穿透深度有限、藥物分布不均以及難以對深部或較大腫瘤實現(xiàn)足夠治療劑量等問題。因此，開發(fā)一種集多種優(yōu)勢于一體的癌癥治療設(shè)備具有重要的臨床意義。
研究成果
癌癥的臨床治療方法面臨著幾個相互關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)，包括藥物遞送效率低下、潛在的副作用以及使用不便等問題。在此，四川大學(xué)吳家剛、蔣來明&彭星辰教授等人展示了一種集成的可穿戴柔性超聲微針貼片（wf-UMP），它可作為一個便攜平臺，用于便捷、高效且微創(chuàng)的癌癥治療。wf-UMP采用一體化生物電子概念，集成了用于聲發(fā)射的可拉伸無鉛超聲換能器陣列、用于牢固粘附和聲學(xué)耦合的生物粘附水凝膠彈性體，以及負載生物相容性壓電納米顆粒的可溶解微針貼片，能夠?qū)崿F(xiàn)無痛藥物遞送和活性氧生成。wf-UMP具有柔軟的機械性能和增強的機電性能，可以牢固地佩戴在彎曲和動態(tài)的組織表面，便于進行有效操作。在涉及小鼠的臨床前研究中，wf-UMP通過誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、放大氧化應(yīng)激和調(diào)節(jié)免疫細胞增殖，展現(xiàn)出顯著的抗癌效果。此外，wf-UMP與抗PD - 1藥物聯(lián)合誘導(dǎo)的協(xié)同免疫療法，通過激活免疫原性細胞死亡和調(diào)節(jié)巨噬細胞極化，進一步提高了抗癌免疫力，抑制了遠處腫瘤的生長和腫瘤復(fù)發(fā)。相關(guān)研究以“Wearable flexible ultrasound microneedle patch for cancer immunotherapy”為題發(fā)表在Nature Communications期刊上。
研究亮點
1. 提出一種集成式可穿戴柔性超聲微針貼片（wf-UMP），采用一體化生物電子概念，集成了可拉伸無鉛超聲換能器陣列、生物粘附水凝膠彈性體和負載生物相容性壓電納米粒子的可溶解微針貼片，實現(xiàn)了在復(fù)雜體表的穩(wěn)定佩戴和高效治療。
2. 選用高性能無鉛的 mKNN 陶瓷作為功能材料，制備的 1-3 壓電單元提高了機電轉(zhuǎn)換效率和聲學(xué)傳輸效率；生物粘附水凝膠能與皮膚形成強粘附，且聲學(xué)阻抗與皮膚和商用超聲凝膠匹配；負載的 mKNN PNPs 尺寸小于 100nm，對超聲壓力敏感，可高效產(chǎn)生 ROS 。
3. 實驗表明，wf-UMP 在體外能有效誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、抑制細胞遷移，在體內(nèi)對早期腫瘤生長抑制效果顯著，且生物安全性高；聯(lián)合 Anti-PD1 治療時，能激活免疫細胞、調(diào)節(jié)巨噬細胞極化，產(chǎn)生遠隔效應(yīng)，抑制遠處腫瘤生長和腫瘤復(fù)發(fā)，還可誘導(dǎo)長期免疫記憶，有效預(yù)防腫瘤復(fù)發(fā)。
圖文導(dǎo)讀
Fig. 1 | Overview of wf-UMP.
Fig. 2 | Electrical, mechanical, and acoustic performance validation of wf-UMP.
Fig. 3 | Mechanism, structural characterizations, and US-activated piezocatalysis of mKNN PNPs.
Fig. 4 | In vitro and in vivo antitumor effects of mKNN PNPs and wf-UMP.
Fig. 5 | In vivo biosafety of wf-UMP and metabolic distribution of mKNN PNPs.
Fig. 6 | Transcriptome and anti-tumor immune mechanism analysis of wf-UMP.
總結(jié)與展望
作者提出了一種基于活性氧（ROS）驅(qū)動的動態(tài)治療策略，用于設(shè)計和實現(xiàn)一體化可穿戴柔性超聲微針貼片（wf-UMP）的原則性方法，旨在為癌癥治療提供便捷、高效且微創(chuàng)的方案。通過對材料和設(shè)備架構(gòu)進行系統(tǒng)優(yōu)化，wf-UMP憑借其柔軟的機械性能和卓越的聲電轉(zhuǎn)換特性，能夠穩(wěn)固地佩戴在彎曲且動態(tài)的組織表面，便于輕松、有效地操作，進而利用優(yōu)化后的壓電納米粒子（PNPs）高效產(chǎn)生活性氧。對小鼠進行的臨床前研究表明，wf-UMP不僅在治療局部癌癥和調(diào)節(jié)免疫方面效果顯著，而且與抗PD - 1藥物聯(lián)合使用時，還能通過免疫原性細胞死亡（ICD）激活樹突狀細胞（DCs）成熟以及調(diào)節(jié)巨噬細胞極化，誘導(dǎo)協(xié)同免疫反應(yīng)，從而能夠靶向遠處的癌癥并抑制腫瘤復(fù)發(fā)。我們的研究為癌癥免疫治療提供了一種新途徑，并凸顯了這種可穿戴、便攜式平臺在臨床轉(zhuǎn)化方面的潛力。此外，wf-UMP推動了向預(yù)防性和主動性醫(yī)療保健的轉(zhuǎn)變，提高了癌癥治療的可及性和可負擔(dān)性。 
文獻鏈接
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58075-z
*本文來源：作者團隊，感謝作者團隊對本公眾號的大力支持！如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，如有冒犯之處敬請見諒!
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