創(chuàng)新微針系統(tǒng)：氫氣療法助力術后鎮(zhèn)痛與傷口愈合

更新時間：2025-07-07

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術后疼痛管理是現代麻醉學和圍手術期醫(yī)學中的一個關鍵議題。研究表明，超過80%的手術患者在術后出現急性疼痛，其中約10%的患者因急性疼痛管理不當，最終發(fā)展為慢性疼痛。疼痛控制不當不僅延長恢復周期，增加住院時長，還可能導致傷口愈合延遲，從而進一步影響患者的生活質量。盡管局部鎮(zhèn)痛的藥品因其有效的鎮(zhèn)痛效果和較小的副作用被廣泛應用，但其單次給藥的短效性限制了其在術后長期疼痛管理中的應用。因此，開發(fā)新型藥物遞送系統(tǒng)和個性化的鎮(zhèn)痛控制方案成為當務之急。

氫氣（H2）作為一種無色、無味、無毒且可再生的氣體，近年來在醫(yī)學中的應用逐漸受到關注。研究表明，H2不僅能夠抑制制疼痛，還可通過減少炎癥和氧化應激促進傷口愈合。因此，我們推測H2能夠在術后切口管理中發(fā)揮雙重作用，既提供鎮(zhèn)痛效果，又促進創(chuàng)傷修復。然而，如何在術后創(chuàng)傷的酸性微環(huán)境中實現H2的可控和持續(xù)釋放，仍然是一個技術難題。

為此，武漢大學藥學院黎威教授團隊、武漢大學中南醫(yī)院彭勉教授團隊聯合開發(fā)了一種新型的光熱微針系統(tǒng)，通過持續(xù)釋放H2來緩解術后疼痛，并促進傷口愈合，為個性化鎮(zhèn)痛治療提供了新的解決方案。相關研究成果以“Sustained-Release Photothermal Microneedles for Postoperative Incisional Analgesia and Wound Healing via Hydrogen Therapy"為題發(fā)表在期刊《Advanced Science》上。武漢大學第二臨床學院博士研究生張愛寧、武漢大學藥學院博士研究生江雪為共同第一作者，武漢大學藥學院黎威教授、武漢大學中南醫(yī)院彭勉教授為共同通訊作者。

微針系統(tǒng)設計：創(chuàng)新性H2釋放與光熱控制

該系統(tǒng)的核心是通過聚多巴胺（PDA）修飾的ZIF-8@氨（AB）納米粒子，結合溫度響應型聚己內酯（PCL）微球，負載于透明質酸基質的可溶性微針貼片中，可在酸性微環(huán)境中持續(xù)釋放H2并通過近紅外（NIR）光熱效應控制藥物釋放。其中，該微針貼片（HA-PP MN patch）是利用摩方精密microArch® S240 （精度：10 μm）3D打印設備加工模具后經PDMS翻模制備而成的。研究發(fā)現，PDA@ZIF-8@AB納米粒子能在術后酸性環(huán)境中持續(xù)釋放H2，緩解疼痛并促進創(chuàng)傷愈合，而PCL@QX-314微球則通過NIR激活，精確控制局部麻醉藥物QX-314的釋放，從而達到個性化的鎮(zhèn)痛效果。

H2與光熱雙重作用：提升術后鎮(zhèn)痛與愈合

通過體外實驗，研究表明該微針系統(tǒng)能夠在術后創(chuàng)傷中持續(xù)釋放H2，很大程度地減少氧化應激和炎癥反應，為創(chuàng)傷愈合提供更好的微環(huán)境。在NIR激光照射下，PDA修飾的微針釋放了QX-314，使其通過神經膜離子通道精準進入神經細胞，從而提供個性化的鎮(zhèn)痛治療。

圖2. PDA@ZIF-8@AB納米粒子的結構表征及其在酸性條件下的氫氣釋放特性和光熱特性。

圖3. PCL@QX-314微球的結構與藥物釋放特性，展示了NIR光熱效應觸發(fā)的藥物釋放。

微針的臨床前效果驗證

進一步的動物實驗表明，該微針系統(tǒng)不僅在減輕疼痛方面表現出色，還促進了創(chuàng)傷愈合過程。NIR激光照射下，微針系統(tǒng)有效激活了局部的血管生成，增強了細胞遷移和新生血管的形成，這為傷口的快速愈合提供了有力支持。通過組織學和病理學分析，研究表明微針系統(tǒng)的應用能顯著減少炎癥反應，提高了創(chuàng)傷愈合速度。

微針雙重作用機制的轉錄組學分析

本研究的轉錄組學分析深入揭示了H2對鎮(zhèn)痛和組織修復作用的分子機制。數據表明，術后損傷及其相應治療涉及多條生物學通路的調控。手術創(chuàng)傷引發(fā)了明顯的炎癥反應和氧化應激，同時上調了與疼痛相關的信號通路及受體活動，如前列腺素受體活性。這表明，手術刺激引發(fā)的炎癥及其他應激反應在術后疼痛的發(fā)生中起到了關鍵作用。而在釋放H2的治療微針組中，基因表達顯示出鎮(zhèn)痛和組織修復的雙重效應。在治療組中，抗氧化應激相關通路的上調提示H2可能通過緩解氧化損傷來促進組織修復并加速傷口愈合。同時，周細胞分化、NADPH活性和細胞外基質調控等相關通路的上調進一步說明釋放H2的治療微針在促進組織再生和炎癥消退方面的作用。此外，免疫相關通路的調控突出了H2在調節(jié)炎癥中的重要作用。而疼痛相關信號通路的下調，如前列腺素受體活性和MAPK信號通路，則進一步驗證了釋放H2的治療微針在鎮(zhèn)痛方面的潛力。

結論：本研究開發(fā)了一種緩釋光熱響應型微針系統(tǒng)，成功實現了持續(xù)H2釋放與光熱觸發(fā)QX-314遞送的有機結合，達到了長效鎮(zhèn)痛、個體化鎮(zhèn)痛和加速組織修復的多重效果。基于ZIF-8的持續(xù)H2釋放在局部環(huán)境中提供了持久的抗炎鎮(zhèn)痛作用，而可控的QX-314釋放則實現了個性化的疼痛緩解，有效彌補了傳統(tǒng)疼痛管理策略的局限性。研究結果表明，這一具有多重作用的微針系統(tǒng)在術后鎮(zhèn)痛和促進傷口愈合方面展現了顯著的潛力，與加速康復外科（ERAS）理念相契合，為術后切口管理提供了一種有效的個性化治療方案。

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