佐治亚理工学院王中林院士Adv. Funct. Mater.:由生物力学运动驱动和调节的自驱动离子电渗经皮给药系统

【引言】

经皮给药系统（TDD）是指药物通过皮肤吸收的一种方法，药物经由皮肤吸收进入人体血液循环并达到有效血药浓度，从而实现疾病治疗或预防。与口服给药和皮下注射等方法相比，TDD具有许多优势，例如无创、无痛、方便、廉价以及可自行管理。它还避免了因针头重复使用而传播疾病的风险以及口服给药可能发生的肝脏首过效应及胃肠灭活，提高治疗效果。它使药物能够连续给药，降低了体内药物浓度出现峰谷的风险，适于长期给药治疗。近年来，适于TDD系统递送的药物种类已经通过化学、生物和物理等增强皮肤渗透性的方法得到了扩展。目前，TDD的最新研究工作聚焦于具有闭环传感和药物输送的可穿戴系统的开发上。可穿戴生物传感器的发展实现了无痛、无创、实时地监测人类活动和生物标记物，所收集的生物传感信号可以用作TDD的反馈控制，以实现按需治疗递送。因此，可穿戴生物传感器和TDD的集成通过实现闭环疾病监测和治疗，为精密医学提供了解决方案。

【成果简介】

具有反馈控制功能的经皮给药（TDD）系统因其便捷、自我给药和安全等独特优势而引起了广泛的研究和临床兴趣。近日，佐治亚理工学院王中林院士提出了一种自驱动的可穿戴离子电渗TDD系统，可从生物力学运动中收集的能量来驱动和调节药物经皮释放，以实现闭环运动检测和治疗。这种TDD系统包括一个可穿戴式摩擦纳米发电机（TENG）和一个基于水凝胶的具有并排电极的载药软贴片。其中，TENG可作为人体运动传感器和能量收集器，可在没有储能电源的情况下将生物力学运动转化为离子电渗疗所需的电电能；而水凝胶载药软贴片可在TENG电流驱动下实现无创离子电渗TDD，促进药物经皮释放。作者以染料为模型药物在猪皮上进行了验证实验，成功证明了该系统的可行性。这项工作不仅扩展了TENG在生物医学领域的应用，而还可为具有闭环感测和治疗的无创、电辅助TDD提供经济高效的解决方案。该成果以题为“Self-Powered Iontophoretic Transdermal Drug Delivery System Driven and Regulated by Biomechanical Motions”发表在Adv. Funct. Mater.上，吴昌盛博士和姜鹏博士为本文共同第一作者，王中林院士为通讯作者。

【图文导读】

图1.自驱动离子电渗TDD系统原理图

图2.TENG驱动的电泳流研究

图3. 基于水凝胶的TDD载药贴片

图4. 可穿戴式TENG

图5.自驱动TDD系统在猪皮的作用效果

【总结】

在这项研究中，作者提出并开发了一种由可穿戴式TENG和离子电渗疗法贴片组成的自供电无创TDD系统。新兴的TENG技术为可穿戴式医疗器件提供了一种简便、经济高效的解决方案，它不仅可以将相关的生物机械能转换为电能，还能检测人体运动，给可穿戴设备提供反馈信号；而基于水凝胶的药物贴剂则可以利用由生物相容性材料制成的薄而保形的皮肤贴剂实现TDD。本工作使用染料作为模拟药物在猪皮肤上证明了该系统的可行性，组织切片结果表明TENG电流明显促进了药物的皮肤渗透。

这种先进的TDD系统有望在没有复杂组件的情况下具有成本效益，并且模块化设计使TENG电源组件可以与不同的药物贴剂一起重复使用。取决于TENG的触发运动可能是非自愿或有意的应用场景，可以实现持续药物释放和带有反馈控制的触发释放。因此，这项工作为具有闭环传感和治疗的无创、电辅助TDD提供了一个有前途的解决方案，并将基于TENG的自供电系统朝着先进的生物医学治疗方向发展。

文献链接：Self-Powered Iontophoretic Transdermal Drug Delivery System Driven and Regulated by Biomechanical Motions. Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201907378.

本文由tt供稿。 

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