病理性瘢痕（Pathological scars，PS）是伤口异常愈合导致皮肤过度纤维化的结果，包括增生性瘢痕（Hypertrophic scars）和瘢痕疙瘩（keloids），发病原因与炎症反应和肌成纤维细胞的过度激活密切相关。它不仅凸出皮肤表面过度增生，而且会导致皮肤与关节功能障碍、瘙痒或有刺痛灼热感，逐渐发展长大后会形成大面积瘢痕肿块，严重影响患者的身心健康和生活质量。目前，治疗瘢痕疙瘩的方式包括手术切除、放疗、光电、局部注射糖皮质激素和硅酮凝胶贴等。这些治疗方法具有相关缺陷，如手术或放疗后的高复发率（20%~90%）和导致正常组织损伤、减张/加压/保湿治疗所需时间过久，且无法根治。其中，经皮注射相关药物治疗被认为是最方便、最有效的策略之一，因为它能够穿透致密的瘢痕组织，使药物直接作用于病变部位。但局部注射引起的剧烈疼痛让患者难以接受，且具有药物吸收快、不均匀分布和需要专业医务人员操作缺点。因此，制定一种自我管理策略，实现均匀、缓慢地、微创的经皮注射给药，对PS的有效治疗至关重要。
基于以上，来自康复大学周祺惠研究员团队与青岛大学附属医院王志国主任合作，开发了一种基于脂肪来源干细胞浓缩条件培养基（ADSCC-CM）交联角蛋白水凝胶的新型微针（MN）贴片，用于负载曲安奈德（TA），通过ADSCC-CM和TA的双药物递送，发挥减轻炎症和调控肌成纤维细胞行为的协同作用，同时达到避免现有治疗技术缺点的目的。该研究以题为“ADSCC-CM-Induced Keratin Hydrogel-Based Bioactive Microneedle Patch Containing Triamcinolone Acetonide for the Treatment of Pathological Scar”发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。青岛大学附属医院烧伤整形外科硕士研究生李聪和康复大学易兵成副研究员为本论文共同第一作者。本研究首次发现ADSCC-CM可与角蛋白相互交联形成水凝胶，通过携载临床PS治疗常用药物TA，创新性地使用该水凝胶制作成微针贴片（TA@AC-MN），以微创的方式实现ADSCC-CM和TA双药物释放。TA@AC-MN的制备工艺包括提取人发来源角蛋白、制备ADSCC-CM和提高TA溶液的分散稳定性。TA@AC-MN治疗PS的机制是通过TA和ADSCC-CM对肌成纤维细胞表型和组织炎症抑制的协同作用（图1）。
图1. TA@AC-MN的制备和治疗PS的示意图。具体到AC-MN的制备过程，使用化学还原法提取人发角蛋白，将获取的脂肪间充质干细胞条件培养基通过冷冻干燥机制备ADSCC-CM。在真空条件下，将PBS溶液沉淀到PDMS模具中去除空气。随后，将含角蛋白和ADSCC-CM的PBS溶液使用超声震荡融进于每个针腔中，并使溶液均匀分散。去除多余的溶液，在空气中静置形成水凝胶后，将透明质酸钠(HA)溶液加载到模具上，待完全干燥，即获得AC-MN微针贴片。通过电镜扫描、承重实验、透皮实验等证明ADSCC-CM与角蛋白交联形成的水凝胶所制备的微针具有良好的形态和机械性能，足以保证刺破皮肤达到药物递送的目的（图2）。
在对肌成纤维细胞表型调控方面，作者选用人增生性瘢痕成纤维细胞（HSFs）作为细胞模型验证效果。通过细胞活力CCK-8分析，可以发现ADSCC-CM和TA在抑制HSFs活力方面具有协同作用。在脂多糖（LPS）的炎症环境刺激下，通过DCFH探针技术监测活性氧(ROS)含量，观察到ADSCC-CM和TA可以明显减少炎症刺激下HSFs的ROS产生；同时，在PCR实验中研究证实ADSCC-CM和TA可以明显抑制HSFs与瘢痕形成相关炎症因子的转录（图3）。
图3. 体外评价ADSCC-CM和TA对抑制HSFs过度活化和炎症反应的协同作用。在构建的兔耳瘢痕模型中，TA@AC-MN对瘢痕起到良好的治疗效果。TA@AC-MN治疗之后的瘢痕外观更加接近正常皮肤。通过超声波测量计算瘢痕指数（SEI），TA@AC-MN治疗效果与TA注射的方式效果相近，分别为1.36和1.31。并且生物力学检测实验证实TA@AC-MN可明显提高瘢痕修复后的最大抗牵拉力（图4）。
图4. TA@AC-MN对兔耳瘢痕模型治疗的体内评价对于所设计微针的体内抗炎作用分析，一方面，透光实验反映出TA@AC-MN可以明显减少因炎症反应导致红肿的面积；另一方面，通过免疫组织化学分析，进一步证实TA@AC-MN可抑制与PS形成相关的促炎症因子的表达，并促进抗炎因子的表达（图5）。
图5. TA@AC-MN对兔耳瘢痕炎症的抑制作用评价为更好地评价TA@AC-MN对PS的治疗效果。该研究进行了H&E染色、Masson染色、Sirius染色，以对瘢痕修复后的微观层面评估。H&E染色发现经TA@ACMN治疗后，瘢痕的表皮和真皮组织厚度明显减少，接近正常皮肤厚度，并伴有成纤维细胞密度降低和胶原排列规律增加。在评估瘢痕修复后胶原变化方面，Masson染色结果显示红色的肌纤维大量减少，呈现以蓝色胶原纤维为主的瘢痕修复，表明MN贴片可以有效抑制肌成纤维细胞的活化；而在瘢痕修复后期，TA@AC-MN可以促进胶原重塑，使胶原排列更加接近于正常皮肤的胶原排列。Sirius染色的结果证实TA@AC-MN治疗可以促进I型胶原和III型胶原比例趋于正常，实现趋向于健康皮肤修复的目的，避免瘢痕形成（图6）。
在治疗机制探讨方面，作者通过免疫组织化学进一步分析，证实TA@AC-MN可以抑制促进PS形成的相关蛋白TGF-β、WNT、TIMP-1表达（图7）。
图7. 免疫组织化学分析TA@AC-MN在瘢痕治疗中的作用机制。综上，该研究开发了一种基于ADSCC-CM交联角蛋白水凝胶的新型微针贴片，用于负载TA，通过ADSCC-CM和TA的双药物递送达到减轻严重炎症和抑制HSF的过度激活来治疗PS的目的。ADSCC-CM被首次报道用作交联剂来构建角蛋白水凝胶，其具有优异的力学性能，并且可以成功穿透PS组织。当AC-MN作为药物载体负载TA时，在TA@AC-MN中观察到TA和ADSCC-CM的双药物释放特征。重要的是，TA@AC-MN释放的TA和ADSCC-CM在体外具有协同抑制HSF过度活化的作用。在兔耳瘢痕模型中给药4周后，TA@AC-MN能达到有效改善瘢痕体积、弹性、色泽和紧致度的治疗效果。总之，该研究验证设计的TA@AC-MN显示出治疗PS的能力，该技术有望发展为一种自我管理、低成本、微创的PS临床治疗策略。该项目受到山东省泰山青年学者资助计划（No. tsqn202306272）、山东省自然科学基金（No. ZR2020MH183、No. ZR2022MH191）、国家重点研发计划课题（No. 2023YFFO715101）、国家自然科学基金（No. 82302388）、烟台开发区产业领军人才项目（No. 2021RC016）、青岛市科技惠民示范工程（No. 24-1-8-smjk- 11-nsh）、青岛市自然科学基金（No. 23-2-1-132-zyyd-jch）和山东省重大创新工程（No. 2019JZZY020219）支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202400457
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