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用于光能源疗法（PDT）增敏剂局部给药的微针贴剂因其安全性、选拔性和非侵入性而具有诱惑力。可是，低效光敏剂寄递加上缺氧肿瘤微环境的局限性仍然具有挑战性。

为了克服这些问题，北京大学张俊龙教学/德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler团队设立了一种灵验的微针贴片，该贴片基于含有含锌卟啉相通物ZnBP（w）的光敏剂基质内的分子间静电相互作用（决策1）。这种想象提升了微针贴片的机械强度，并提升了水环境中的光敏剂负载着力。本缠绵强调了静电相互作用在想象微针PDT贴片中的平正偏激临床后劲。

干系缠绵后果以“Electrostatic Force-Enabled Microneedle Patches that Exploit Photoredox Catalysis for Transdermal Phototherapy”为题于2024年12月31日发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

决策1 微针PDT贴片的制备及应用清楚图

1.ZnBP和NADH之间的静电相互作用

为了使ZnBP具有水溶性，作家制备了一种阳离子生息物ZnBP (w)。为了在水性介质中磨真金不怕火这种假设的相互作用，通过等温滴定量热法测量了ZnBP (w)和NADH之间的荟萃常数(K)（图1a、b），末端标明静电相互作用在很猛进度上启动了ZnBP(w)和NADH之间的荟萃。作家还标明NADH的烟酰胺单位通过静电或π-π分子间相互作用或其中的某种组合与ZnBP (w)相互作用。MD模拟显现ZnBP (w)和NADH在水溶液中汇集的趋势。如图1d所示，这种汇集是由多种相互作用启动的，举例范德华力和 π-π 供体-受体相互作用（图1e）。此外，NADH的磷酸基团与 ZnBP (w)的Zn中心之间的配位有助于这种荟萃，Zn-O键长为1.99Å（图1e）。使用sobEDAw智商进行能量解析分析，以量化这种汇荟萃触及的平定力。发现静电相互作用是主要作使劲，与交换摒除力（383 kcal/mol）、轨说念相互作用（-152 kcal/mol）和色散相互作用（-225 kcal/mol）比较，静电相互作用对总平定能（-691 kcal/mol）的孝顺权贵（图1f）。

图1 ZnBP与NADH之间的静电相互作用的考据

2.ZnBP激发的NADH/NAD+光氧化还原反映(w)

作家通过紫外可见收受光谱法评估了在莫得空气或有空气的情况下光提示NADH/ NAD+ 编削的进度。如图2a所示，在N2报怨中，在光照耀（640-660 nm 激光，15 mW/cm2）下，NADH（5 μM 水溶液）在ZnBP (w)（5 μM）存鄙人编削为NAD+。为了考据这些光谱变化是否与触及ZnBP (w)和NADH的PET相对应，作家进行了纳秒瞬态收受光谱(ns-TA)，以监测ZnBP (w)三线态的衰减。这些末端评释ZnBP (w)不错充任PS，在无氧条件下促进NADH编削为NAD+。

当在空气中受到LED激光辐照（640-660，15 mW/cm2）时，光氧化还原催化 NADH/NAD+编落发生，而 ZnBP (w)的收受基本保捏不变（图2c）。值得谨防的是，ZnBP (w)比ZnBP (o)着力更高，后者的秉性是莫得在间位苯基位置修饰的铵基团。这一发现评释ZnBP (w)和NADH之间的静电相互作用在促进不雅察到的光氧化还原催化中起看重要作用。适合的NADH/NAD+稳态关于线粒体电子传递链(ETC)的胜利运作至关遑急。因此，调遣NADH/NAD+比率的近红外光启动的PS系统可能会侵犯细胞氧化还原稳态并促进癌细胞死字。缠绵末端标明，一种有出路的智商，即NADH和ZnBP (w)之间的静电和其他撑捏相互作用促进PET（图2d）。

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图2 ZnBP激发的NADH/NAD+光氧化还原反映的阐明

3.MN-ZnBP贴片的制备。

MN不错顺利刺穿角质层，并通过微孔通说念将药物运送到皮肤深层。作家选拔了由HA配制的针基。MN-ZnBP (w)负载将通过与HA要素的静电相互作用竣事（图3a）。制备 MN-ZnBP (w)贴片后，通过偏显豁微镜不雅察其口头（图3b）。每根针呈圆锥形，底部直径、高度和顶端半径分离为350、900和

图3 微针的制备及秉性

4.体外ROS的产生。

接下来，作家缠绵了MN-ZnBP (w)贴剂融化后开释的ZnBP (w)是否仍然大概产生1O2和超氧阴离子(O2•−)。末端标明，ZnBP (w)可在细胞中灵验产生ROS。由于过量的ROS不成幸免地会导致细胞死字，使用AM/PI试剂盒来评估活细胞/死细胞的丰采，末端显现在激光照耀（640-660 nm）下红色荧光（死细胞）水平权贵升高（图4f）。ZnBP (w)的细胞毒性显然高于MB(图4g)。此外，ZnBP (w) 的光细胞毒性指数为4，000，这标明ZnBP (w)不错四肢潜在的PDT PS阐扬作用。

图4 MN贴片在体外的RO生成才气及对细胞的影响

5.基因组分析

为了评估MN-ZnBP (w) 在调养皮肤病方面的后劲，作家对光照下经MN-ZnBP (w)惩办的东说念主类脐静脉内皮细胞(HUVEC)进行了转录组分析。凭证基因内容BP富集情况，HUVEC中上调最多的三种生理反映包括刺激、细胞经过调遣和细胞对有机底物的反映。凭证京皆基因与基因组百科全书 (KEGG)中最新的生物通路分类要求，笃定了与功能或信号通路最干系的相反抒发基因。图5a凭证p值显现了KEGG通路分析中的前10个样式，包括DNA复制、类固醇生物合成和代谢阶梯。其中，与细胞死字密切干系的基因ATF3和HSPA6通过卵白质陈迹法在细胞水平上进行了分析。如图5b所示，经MN-ZnBP (w) 惩办后，ATF3和HSPA6卵白抒发量较高。此外，DNA 毁伤染色实验标明γ-H2AX抒发量较高（图5c）。

图5 转录组分析

6.毛细血管乖谬

近来缠绵标明ROS与血管生成关系密切，中等浓度的ROS可刺激血管生成，成心于新血管的酿成和肿瘤的孕育。毛细血管乖谬，如葡萄酒色痣，是一种先天性疾病，由多种因素引起。因此，作家缠绵了MN-ZnBP (w)调养后肿瘤细胞的伤口愈合和上皮细胞的血管增生情况。如图6a、b所示，MN-ZnBP (w)扼制了B16细胞的伤口愈合，从而扼制了其孕育。经MN-ZnBP (w)调养后，24 h后的愈合率仅为3.5% (±3.8%)，而对照组的愈合率为36.6% (±9.4%)。此外，愈合率与浓度相关(图6c)。

此外，作家还使用HUVEC的管酿成践诺创建了细胞血管模子。用MNZnBP(w)惩办后，管变得寥落或受损，分支节点减少（图6d）。从HUVEC中索要VEGF-A卵白（一种参与肿瘤血管生成的重要卵白），发现用MN-ZnBP (w)惩办后抒发裁汰（图6f）。上述末端标明 MN-ZnBP (w)可用作抗肿瘤药物或用于调养浅表血管生成。

图6 MN-ZnBP对血管生成的影响

作家以鸡冠花为毛细血管乖谬模子，用手指将MN-ZnBP (w)贴片按压到指定区域。此经过一直捏续到MN-ZnBP (w)贴片底衬和针尖自动分离，使MN尖留在皮肤内。然后对鸡冠花进行光照耀。21天后，鸡冠花的心理显然变浅（图7a、b），标明血管退化。比较之下，其他区域莫得不雅察到显然心理变化（图7c）。H&E染色显现，与对照组比较，MN-ZnBP (w) 调养组的血管管腔权贵减少。为了评估调养后表皮的复原情况，通过免疫组织化学分析了鸡冠组织中的胶原酶（图7d）。不雅察到胶原酶1和COLA1抒发的幽微变化，撑捏MN-ZnBP (w)调养可提示皮肤复原的论断。

图7 以鸡冠花为毛细血管乖谬模子考据材料调养复原伤口

7.体内抗肿瘤活性

临了，作家在荷瘤B16 BALB/c裸鼠中缠绵了MN-ZnBP（w）的抗癌活性。选拔B16细胞（小鼠玄色素瘤细胞）四肢恶性玄色素瘤模子。将小鼠制成约100 mm3的肿瘤后迅速分红三组（n=5），分离袭取MN-ZnBP (w)激光组、MN-ZnBP (w)-暗组和对照（目田MN-激光）组的调养。用手指将MN-ZnBP (w)贴片或游离MN按入肿瘤区域进行激光照耀（图8a），每2天测量一次肿瘤体积。对照组和MN-ZnBP (w)-暗组未进展出显然的肿瘤孕育扼制，而MN-ZnBP (w)-激光组进展出显然的肿瘤孕育扼制。MN-ZnBP (w)-激光组的最大肿瘤体积比对照组小32.5%（图8b）。在扫数不雅察时间，小鼠体重莫得权贵变化，这为MN-ZnBP (w)的安全性提供了撑捏（图8c）。

H&E染色显现MNZnBP (w)-激光组大大宗肿瘤细胞体积减小，且细胞核和细胞质散播不均匀，毁伤显然。比较之下，对照组和MN-ZnBP (w)-暗组的细胞核和细胞质散播相对均匀，细胞口头普通。为了评估肿瘤细胞凋一火的进度，作家使用了末端脱氧核苷酸编削酶介导的dUTP缺口末端标识(TUNEL)践诺(图8d)。MN-ZnBP (w)-激光组肿瘤组织中的凋一火细胞呈现绿色荧光，而对照组和MN-ZnBP (w)暗组险些未不雅察到信号。这些末端撑捏使用MNZnBP (w)四肢安全性考究的局部PDT调养。

图8 MN贴片用于体内抗肿瘤实验

为了测试MN-ZnBP (w)贴片是否比静脉打针ZnBP (w)引起的光毒性更小，作家使用BALB/c小鼠四肢光敏模子进行了体内实验（图9a）。iv-ZnBP (w)组的小鼠出现了严重的光毒性反映：它们的体温从约莫38.6 °C权贵下落到32.2 °C（图9b、c），何况它们进展出肌肉无力和爪子卷曲（图9d）。比较之下，MN-ZnBP(w)组小鼠莫得出现爪子卷曲或体温过低的风光，这标明MN-ZnBP (w)贴剂的毒性比静脉打针ZnBP (w)要小得多。

接下来，对静脉打针ZnBP (w)和MN-ZnBP (w)贴剂进行了药代能源学缠绵。获得的平均血浆浓度-时间弧线如图9e所示。MN-ZnBP (w) 组的最高浓度是静脉打针 ZnBP (w) 组的五分之一，充分阐明了MN-ZnBP (w)贴剂的安全性。

图9 MN-ZnBP (w)贴剂的安全性考据

综上，本文设立了一种用于PDT的MN-ZnBP（w）贴剂。该想象依赖于PS和带负电荷的HA基质材料之间的静电相互作用，从而提升了MNZnBP (w)贴片的机械强度，并提升了PS在水介质中的加载着力。这反过来又导致局部给药时PDT疗效增强，并减少静脉给药干系的全身光毒性。缠绵发现，ZnBP (w)不错与包括NADH在内的生物电子供体荟萃，在光放射下促进灵验的电子编削。在光照耀下，MN-ZnBP (w)贴片灵验扼制血管上皮细胞的增殖，并在亮红色痣中进展出抗毛细血管乖谬的作用，裁汰其名义心理。本文设立的MN-ZnBP (w)局部PDT给药贴片不错为截至皮肤病提供一种有出路的智商。

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