生长激素（hGH）
的夜间脉冲分泌对儿童骨骼发育至关重要，但传统皮下注射难以模拟自然节律，导致疗效受限且患者依从性差。现有缓释系统虽能延长药物作用时间，却无法实现数小时内多阶段脉冲释放，无法匹配人体生物钟。
因此，如何开发一种
既能精准模拟夜间分泌节律，又能安全高效递送生长激素的给药系统
，成为临床治疗儿童矮小症等疾病的关键挑战。
鉴于此，来自
浙江大学的傅君芬，张宇琪以及顾臻团队
，开发了一种
模拟生物节律的生长激素透皮微针贴片（BRIGHT patch）
，通过“爆发释放”与“延迟释放”模块的协同作用，实现与人体自然分泌同步的三阶段脉冲给药。相关研究以
“Biorhythm-mimicking growth hormone patch”
为题发表在
《Nature Materials》
上。
以下是对本论文创新点的简要概述：
（1）多模块协同脉冲释放：
BRIGHT贴片由三个独立模块组成：首个模块通过泡腾剂快速释放药物，模拟夜间第一波激素分泌；后两个模块通过核心壳结构（HPMC调控溶胀速率）实现延迟释放，分别对应后续脉冲。这种模块化设计首次在单次贴片中实现数小时内三阶段精准控释，药物峰谷浓度与自然节律高度匹配。
（2）微针工艺革新：
团队采用紫外光固化与离心富集技术，将生长激素与泡腾剂精准定位至微针尖端，提升释放效率。核心壳结构通过调节乙基纤维素与PEG比例，确保外壳韧性并控制溶胀破裂时间，解决了传统微针易提前泄漏或释放不均的难题。
（3）显著促生长效果：
在健康大鼠与GH基因敲除小鼠中，贴片治疗使骨长分别增长10mm和5mm，且骨小梁质量显著提升。相比传统皮下注射，贴片的脉冲释放模式将IGF-1（促生长关键因子）的血药浓度曲线下面积（AUC）提升近2倍，证实其通过调控激素峰谷水平激活下游信号通路的独特优势。
该贴片不仅为生长激素缺乏症提供更优治疗方案，更为其他节律依赖性药物（如胰岛素、免疫调节剂）的智能递送开辟新路径。
1.
仿生脉冲
释放模块的协同设计与验
证
BRIGHT贴片通过整合“爆发释放”与“延迟释放”模块，模拟人体夜间生长激素（hGH）的三阶段脉冲分泌模式。爆发释放模块利用泡腾剂快速产生二氧化碳，加速药物释放以匹配第一波激素分泌高峰；两个延迟释放模块则通过调节壳层材料的溶胀速率（如HPMC含量），实现后续脉冲的精准时控释放。这种模块化设计使单次贴片可在数小时内完成三阶段脉冲给药，药代动力学曲线与自然节律高度吻合。实验显示，该贴片的累积释放效率显著优于传统皮下注射，且血药峰谷浓度调控能力更强。
图1 BRIGHT贴片仿生脉冲释放机制示意图
2.
微针工艺创新与核心壳结构优化
团队采用紫外光固化与离心富集技术，将生长激素与泡腾剂精准定位至微针尖端，提升药物释放效率。延迟释放模块的核心壳结构通过调控乙基纤维素（EC）与聚乙二醇（PEG）比例，确保壳层韧性并控制溶胀破裂时间，解决了传统微针易提前泄漏或释放不均的难题。SEM图像显示，核心壳结构在溶胀后仅尖端破裂，保证了药物释放的时序性。此外，离心工艺使药物富集于微针尖端，释放速率提升近60%。
图2 微针核心壳结构与溶胀动力学表征
3.
显著促骨生长与代谢调控效应
在健康大鼠和GH基因敲除小鼠模型中，BRIGHT贴片治疗显著促进骨骼纵向生长（骨长分别增加10mm和5mm），且骨小梁质量提升。药代动力学分析表明，贴片的脉冲释放模式使IGF-1（促生长关键因子）的血药浓度曲线下面积（AUC）较传统注射提升近2倍。转录组分析进一步揭示，贴片通过调控ERK/MAPK信号通路增强IGF-1分泌，同时抑制脂肪生成相关基因表达，实现骨生长与代谢平衡。
图3 BRIGHT贴片促骨生长及代谢调控效应
4. 长期生物安全性评估与临床应用潜力
研究团队通过系统评估BRIGHT贴片的长期生物安全性，证实其连续使用两个月后对大鼠皮肤组织无显著炎症或毒性反应。皮肤刺激实验显示，贴片应用后仅偶见短暂性轻微红斑，且伤口愈合速度与未处理组一致，表明其优异的皮肤相容性。此外，血液生化指标（如肝功能、肾功能、心肌酶谱）及器官重量分析均未发现异常，进一步验证了长期使用的安全性。成本效益分析显示，BRIGHT贴片的材料成本仅为长效PEG-rhGH制剂的1/10，且生长促进效果显著优于传统皮下注射，为儿童矮小症治疗提供了经济且安全的临床转化方案。
图4 BRIGHT贴片成本效益与安全性综合评价
综上所述，BRIGHT贴片通过
仿生设计与微针技术创新，首次实现生长激素的夜间脉冲式释放
，显著提升疗效并降低治疗成本。
未来，或可拓展至
其他激素类药物（如甲状腺素、皮质醇）
，并探索临床转化。此外，结合可穿戴传感技术，有望开发动态响应患者生理信号的“智能贴片”，进一步推动个性化医疗。这一突破不仅是药物递送领域的里程碑，也为理解生物节律与疾病治疗的交互机制提供了全新工具，或将在代谢疾病、免疫疗法中发挥更广泛价值。
参考资料
：
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02188-9
来源：
EngineeringForLife
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