综述：3D打印可定制微针及其生物医学应用(2)

时间：2023-10-31 11:20 来源：微流控作者：admin 阅读：次

3D打印微针的生物医学应用

近年来，3D打印的出现极大促进了微针的生物医学应用，其多功能性设计、易定制性和高度复杂性不仅提高了微针的给药效果，还为给药以外的新应用领域提供可能，如生物提取和生物传感。

（1）透皮给药

微针微创给药可大大减少病人的不适和疼痛，并降低皮肤创伤和感染风险，而皮肤创伤和感染是皮下注射常见的不良反应。此外，与透皮贴片和局部制剂等现有方法相比，微针可提高药物的生物利用度。对于一些口服药物，如蛋白质、抗体、抗原和其他生物活性化合物，使用微针给药是一种更好的选择，这些药物吸收效率较低，在胃肠道中会被降解。传统的微针制备方法在药物释放可调性、药物负载量和药效等方面受到限制。3D打印技术可微针几何形状定制，用于改善这些问题。例如，3D打印可精确制造复杂微针结构，从而适应不同药物释放机制。通过VP和材料沉积技术制造的实心微针可以涂上药物，并通过被动释放的方式释放到皮肤中。利用3D打印技术的多功能性，3D打印的微针可以设计集成功能，以便在温度和pH值等外部刺激下主动释放药物。因此，3D打印微针作为一种可行的给药方式有望在胰岛素局部给药、癌症治疗和感染控制等方面发挥作用。

图4 用于透皮给药的3D打印微针

（2）提取生物样本

皮肤是人体最大的器官，富含大量的生物标记物，因此研究人员一直在研究如何利用微针提取生物样本，如血液、ISF和组织样本，用于疾病诊断和监测。虽然按体积计算，70%的真皮由ISF组成，但一直缺乏有效的方法在对皮肤造成最小损伤的情况下收集足够的ISF用于分析。目前提取ISF的方法包括抽吸水泡，这种方法可能会受到细胞内物质和炎症标志物的污染，原因是为了制造水泡需要将表皮与真皮分离。反向离子透入法，其中涉及电流、微透析和开流微灌注，这两种方法分别涉及植入半透膜或钢网管。微针为提取生物流体、组织和细胞提供了一种相对快速、微创和友好的选择。

图5 用于提取生物样本的3D打印微针

（3）生物传感

电化学生物传感器是微针最常用的生物传感技术，通过反应过程中产生的生理化学信号检测体内生物或化学物质。由于微针能够透过角质层，可直接评估富含生物标记物的真皮层ISF。基于微针的生物传感器可对皮肤病变组织进行实时分析，无需提取ISF或病变组织。从临床角度来看，简化了生物化验过程，缩短得出结果时间。因此，微针生物传感器已在疾病诊断和健康监测中得到应用，为实时监测身体状况或快速检测病变组织提供一种可穿戴、微创的选择。

图6 用于生物传感的3D打印微针

综上所述，该论文介绍了用于制造微针的3D打印技术，分析了每种方法的优点和局限性，并深入探讨3D打印微针的当前和新兴应用。3D打印的优势包括高分辨率、高可定制性、与生物材料的兼容性以及一步法的制造过程，这些优势使新型复杂微针的制造成为可能，并提高在各种生物医学应用中的效果。在临床环境中，透皮应用微针所面临的一个困难是，必须确保微针在完全溶解前一直插在皮肤中，微成型作为大规模制造微针最常用的方法，无法满足患者不同皮肤状况或体表轮廓。因此，3D打印将是更好的选择。除了透皮给药，3D打印微针还可用于向其他组织、器官和损伤部位非透皮给药。除小分子药物外，微针还可用于递送生物制品，尤其是大分子，从而为疫苗接种和治疗需要复杂疗法（如蛋白质、基因、药物和金属离子联合疗法）的复杂疾病提供可行的选择。除了递送，3D打印制造的微针还可用于皮肤组织活检或细胞应用。总之，在这些需要精确控制和改变穿透深度以及机械性能的高敏感领域，3D打印制造的微针将变得越来越有吸引力。3D打印技术在制造微针方面的应用尚处于起步阶段，大多数创新仍处于研究或临床前水平。但该技术具有传统方法无法实现的高度个体化、可定制性和高分辨率，未来有望促进治疗、诊断和医美领域的发展。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.09.022

(责任编辑：admin)

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