基于热稳定透明质酸的可溶解微针，具有高载药能力：设计、优化及抗衰老成分的经皮输送

《International Journal of Biological Macromolecules》：Thermostable hyaluronic acid-based dissolving microneedles with high-loading capacity: design, optimization, and transdermal delivery of anti-aging ingredients

抗衰老微针系统开发及透皮递送机制研究。采用HA/PVA复合基质和两步真空辅助微塑形工艺制备了载EAC（40%）和AH-8（20%）的高性能溶解微针，解决了气泡缺陷和干燥时间长的问题。体外透皮实验显示EAC和AH-8累计释放率分别达17.25%和11.29%，显著优于水溶液。体内实验证实可有效改善UV/D-半乳糖诱导的小鼠皮肤光老化，减少皱纹、提升弹性及抗氧化水平。研究建立了可规模化的生物相容性微针平台，为透皮递送抗衰老成分提供新方案。

　　

冯梦梦|吴成|江彦飞|赵春月

北京青岩博仕健康管理有限责任公司，中国北京市朝阳区创远路36号

摘要

本研究开发了一种热稳定、高载量的可溶解微针（DMN）系统，用于抗衰老成分3-O-乙基抗坏血酸（EAC）和乙酰六肽-8（AH-8）的经皮输送。通过使用透明质酸（HA）和聚乙烯醇（PVA）按3:2比例的复合基质，并优化两步真空辅助微模塑工艺，我们成功解决了关键的制作难题，将干燥时间缩短至2小时，并消除了结构缺陷。分针设计进一步提高了药物负载量，EAC达到了40%，AH-8达到了20%。所得到的DMN在人体实验中表现出优异的机械性能、皮肤渗透效率和生物相容性。体外渗透研究表明，药物-聚合物相互作用影响了释放曲线。尽管存在这些差异，两种化合物的累积经皮输送量都高于其水溶液（EAC：17.25%；AH-8：11.29%）。在UV/半乳糖诱导的光老化小鼠模型中，EAC-DMN和AH-8-DMN显著减少了皱纹、皮肤松弛和红斑等老化迹象，同时改善了皮肤弹性和水分含量，通过增加SOD活性和降低MDA水平恢复了氧化平衡。这项工作提供了一个可扩展、生物相容且有效的DMN平台，支持其在临床抗衰老应用中的潜力。

引言

皮肤老化是一个复杂的生理过程，表现为结构和功能的逐渐退化，临床表现为皱纹、皮肤松弛和弹性下降。这些变化不仅降低了皮肤的外观吸引力，还损害了其屏障功能和再生能力[1]，[2]。寻找有效的抗衰老治疗方法仍然是皮肤病学和化妆品科学的核心目标。虽然肉毒杆菌毒素注射仍用于通过暂时麻痹肌肉来治疗动态皱纹，但它们伴随着疼痛、肿胀、淤青和潜在的过敏反应等副作用[3]，[4]。这激发了对更安全、更经济、更符合患者需求的替代方法的兴趣。

生物技术的进步促进了多种具有抗衰老特性的生物活性化合物的发现，包括铜三肽-1、六肽-9、肌肽、棕榈酰五肽-4、寡肽-1、乙酰八肽-3、棕榈酰三肽-28、烟酰胺、乙酰六肽-8（AH-8）、α-羟基酸（α-HA）、3-O-乙基抗坏血酸（EAC）和羟基皮诺酮酸酯[3]，[5]，[6]，[7]，[8]。这些成分通过抗氧化、胶原蛋白稳定、表皮更新和真皮重塑等多种机制对抗老化迹象[9]。然而，它们的经皮吸收仍然有限，特别是对于肽类和亲水分子，即使是在传统的化妆品配方中也是如此[10]。因此，迫切需要创新的输送系统来有效克服皮肤屏障。

在本研究中，我们选择了EAC和AH-8作为模型化合物来研究它们的输送挑战。EAC是一种稳定的维生素C衍生物，具有强大的抗氧化和皮肤亮化作用。尽管其分子量较低（204.18 Da），但其高亲水性（logP = ?1.07）限制了被动皮肤渗透[11]，[12]。AH-8是一种合成六肽，通过抑制神经递质的释放来减少皱纹，但它面临另一个障碍：其较大的分子量（888.99 Da）远远超过了通常认为必要的500 Da限制。这一限制又因极低的logP值（?6.3）而加剧[7]。这些固有的物理化学性质导致了输送上的重大挑战，使得传统的局部制剂（如乳霜和精华液）在靶向真皮输送方面效果不佳，从而导致生物利用度低和治疗潜力未得到充分发挥。

微针技术通过创建绕过皮肤屏障的临时微通道，为改善经皮药物输送提供了有前景的策略[13]，[14]。在各种类型的微针中，可溶解微针（DMN）因其生物相容性和可控释放潜力而受到广泛关注[15]。自2005年以来，关于DMN的科学研究显著增加，超过了固体微针的关注度，化妆品领域是其重要的应用领域[16]。微针的工业规模生产在20世纪90年代成为可能，这得益于微机电系统技术的进步[17]。目前，DMN主要通过激光加工、微模塑或3D打印制造[18]，[19]。其中，微模塑因其操作简便和相对较低的设备成本而在工业上应用最为广泛。这种技术的真空辅助变体在促进模具完全填充方面特别有效[13]。然而，仍存在两个关键的生产挑战：（1）模具中的气泡会削弱针的机械结构；（2）长时间（≥12小时）在室温下干燥会限制大规模生产，而高温可能会降解对热敏感的活性成分（如肽类）。

本研究通过调整真空和干燥条件来优化DMN的制备过程，以解决这些制造问题。通过合理选择材料进一步改进了配方，增强了机械性能。装载了EAC和AH-8的优化DMN通过基于标准的评分、形态观察、皮肤刺激测试、体外皮肤穿刺实验和药物负载能力评估进行了严格评估。使用Bama迷你猪皮肤在Franz扩散细胞中通过动力学建模评估了经皮输送效率。然后，通过UV诱导的光老化小鼠模型验证了其抗衰老效果。这项工作为抗衰老剂的经皮输送提供了一种生物相容、符合患者需求的替代方案，架起了化妆品和制药应用之间的桥梁。

材料与试剂

聚二甲基硅氧烷（PDMS）微针模具由莱科模具公司（中国广州）提供。透明质酸（HA，5–10 kDa，30–50 kDa，200–400 kDa，1300–1500 kDa）由Melone制药有限公司（中国大连）提供。3-O-乙基抗坏血酸（目录号：A30415）、GHK-Cu（目录号：C292735）、明胶（来自猪皮，A型）、乙酰六肽-8（目录号：O159940）和PCO（Kolliphor EL，pH = 6.0–8.0）由Solarbio?生命科学公司（中国北京）购买。

基于HA的混合DMN的制备

采用两步真空辅助铸造方法制备了基于HA的DMN[18]。最初尝试使用真空干燥箱（?0.07 MPa/20分钟、?0.07 MPa/40分钟和?0.09 MPa/5分钟）、袋子或超声波水浴未能完全去除模具内的气泡，导致产品存在缺陷（见图S1）。使用乙醇（15%和30%）作为消泡剂也无效。因此采用了改进的两步真空工艺：首先，将溶液快速注入PDMS模具中

讨论

微针作为领先的抗衰老技术，通过满足对微创治疗的日益增长的需求，显著推动了美容产业的发展。在新兴的生物活性化合物中，EAC和AH-8是很有前景的抗皱成分，但它们通过可溶解微针的输送方式尚未得到充分研究[2]。系统研究它们的可控释放和皮肤渗透特性对于实现其全部潜力并推动化妆品领域的创新至关重要

结论

本研究成功开发了一种稳健且有效的基于HA的DMN平台，用于EAC和AH-8的经皮输送。优化的HA/PVA（3:2）复合基质和两步真空辅助制造工艺生产的DMN具有优异的机械性能和高药物负载能力（EAC为40%，AH-8为20%），采用分针设计。这一工艺展示了几个有利于未来规模化的特点，包括显著缩短的干燥时间（≤2小时）

作者贡献声明

冯梦梦：撰写——原始草案、验证、软件、方法学、研究、数据分析、概念化。吴成：方法学、研究、概念化。江彦飞：项目管理、概念化。赵春月：撰写——审稿与编辑、概念化。

未引用的参考文献

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利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究未获得任何公共、商业或非营利性资助机构的特定资助。