3D打印創新微針系統：氫氣療法助力術后鎮痛與傷口愈合
術后疼痛管理是現代麻醉學和圍手術期醫學中的一個關鍵議題。研究表明，超過80%的手術患者在術后出現急性疼痛，其中約10%的患者因急性疼痛管理不當，最終發展為慢性疼痛。疼痛控制不當不僅延長恢復周期，增加住院時長，還可能導致傷口愈合延遲，從而進一步影響患者的生活質量。盡管局麻藥因其有效的鎮痛效果和較小的副作用被廣泛應用，但其單次給藥的短效性限制了其在術后長期疼痛管理中的應用。因此，開發新型藥物遞送系統和個性化的鎮痛控制方案成為當務之急。
氫氣（H2）作為一種無色、無味、無毒且可再生的氣體，近年來在醫學中的應用逐漸受到關注。研究表明，H2不僅能夠抑制制疼痛，還可通過減少炎癥和氧化應激促進傷口愈合。因此，我們推測H2能夠在術后切口管理中發揮雙重作用，既提供鎮痛效果，又促進創傷修復。然而，如何在術后創傷的酸性微環境中實現H2的可控和持續釋放，仍然是一個技術難題。
為此，武漢大學藥學院黎威教授團隊、武漢大學中南醫院彭勉教授團隊聯合開發了一種新型的光熱微針系統，通過持續釋放H2來緩解術后疼痛，并促進傷口愈合，為個性化鎮痛治療提供了新的解決方案。相關研究成果以“Sustained-Release Photothermal Microneedles for Postoperative Incisional Analgesia and Wound Healing via Hydrogen Therapy”為題發表在期刊《Advanced Science》上。武漢大學第二臨床學院博士研究生張愛寧、武漢大學藥學院博士研究生江雪為共同第一作者，武漢大學藥學院黎威教授、武漢大學中南醫院彭勉教授為共同通訊作者。
微針系統設計：創新性H2釋放與光熱控制
該系統的核心是通過聚多巴胺（PDA）修飾的ZIF-8@氨硼烷（AB）納米粒子，結合溫度響應型聚己內酯（PCL）微球，負載于透明質酸基質的可溶性微針貼片中，可在酸性微環境中持續釋放H2并通過近紅外（NIR）光熱效應控制藥物釋放。其中，該微針貼片（HA-PP MN patch）是利用摩方精密microArch® S240 （精度：10 μm）3D打印設備加工模具后經PDMS翻模制備而成的。研究發現，PDA@ZIF-8@AB納米粒子能在術后酸性環境中持續釋放H2，緩解疼痛并促進創傷愈合，而PCL@QX-314微球則通過NIR激活，精確控制局部麻醉藥物QX-314的釋放，從而達到個性化的鎮痛效果。
H2與光熱雙重作用：提升術后鎮痛與愈合
通過體外實驗，研究表明該微針系統能夠在術后創傷中持續釋放H2，最大程度地減少氧化應激和炎癥反應，為創傷愈合提供更好的微環境。在NIR激光照射下，PDA修飾的微針釋放了QX-314，使其通過神經膜離子通道精準進入神經細胞，從而提供個性化的鎮痛治療。
微針的臨床前效果驗證
進一步的動物實驗表明，該微針系統不僅在減輕疼痛方面表現出色，還促進了創傷愈合過程。NIR激光照射下，微針系統有效激活了局部的血管生成，增強了細胞遷移和新生血管的形成，這為傷口的快速愈合提供了有力支持。通過組織學和病理學分析，研究表明微針系統的應用能顯著減少炎癥反應，提高了創傷愈合速度。
微針雙重作用機制的轉錄組學分析
本研究的轉錄組學分析深入揭示了H2對鎮痛和組織修復作用的分子機制。數據表明，術后損傷及其相應治療涉及多條生物學通路的調控。手術創傷引發了明顯的炎癥反應和氧化應激，同時上調了與疼痛相關的信號通路及受體活動，如前列腺素受體活性。這表明，手術刺激引發的炎癥及其他應激反應在術后疼痛的發生中起到了關鍵作用。而在釋放H2的治療微針組中，基因表達顯示出鎮痛和組織修復的雙重效應。在治療組中，抗氧化應激相關通路的上調提示H2可能通過緩解氧化損傷來促進組織修復并加速傷口愈合。同時，周細胞分化、NADPH活性和細胞外基質調控等相關通路的上調進一步說明釋放H2的治療微針在促進組織再生和炎癥消退方面的作用。此外，免疫相關通路的調控突出了H2在調節炎癥中的重要作用。而疼痛相關信號通路的下調，如前列腺素受體活性和MAPK信號通路，則進一步驗證了釋放H2的治療微針在鎮痛方面的潛力。
結論：本研究開發了一種緩釋光熱響應型微針系統，成功實現了持續H2釋放與光熱觸發QX-314遞送的有機結合，達到了長效鎮痛、個體化鎮痛和加速組織修復的多重效果。基于ZIF-8的持續H2釋放在局部環境中提供了持久的抗炎鎮痛作用，而可控的QX-314釋放則實現了個性化的疼痛緩解，有效彌補了傳統疼痛管理策略的局限性。研究結果表明，這一具有多重作用的微針系統在術后鎮痛和促進傷口愈合方面展現了顯著的潛力，與加速康復外科（ERAS）理念相契合，為術后切口管理提供了一種有效的個性化治療方案。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202503698
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