近日，浙江大學藥學院、金華研究院和先進藥物遞釋系統全國重點實驗室張宇琪研究員、顧臻教授團隊報道了一種用於按需透皮給葯的可穿戴透皮系統，該系統由裝有電響應水凝膠的可穿戴設備和聚合物微針貼片組成，它不僅能通過離子電滲提高帶電活性成分的透皮深度，還能通過程序化電流實現按需給葯，微針貼片和電凝膠中還可以裝載多種治療藥物，滿足多種疾病治療的大劑量需求。
2025年3月13日，相關成果以「a wearable transdermal device for on-demand drug delivery」為題發表在matter期刊上。第一作者是王昊、蔡睿思，張宇琪研究員、顧臻教授為通訊作者。
透皮給藥用藥方便、患者依從性高，微針作為一種微創、有效的透皮給葯平台，可在皮膚內部產生臨時通道來高效遞送多種藥物，如小分子、多肽、蛋白質和核酸等。但為了減少給葯時產生的疼痛或不適感，微針的尺寸及長度一般都在微米級別，這不但制約了微針的透皮深度和吸收速率，還限制了其載藥量和生物利用度，使其難以滿足高劑量的精準給葯需求。雖有部分研究報道通過可編程釋放藥物的微針貼片來滿足控釋給葯的需求，但這類貼片的製備過程通常較為複雜，技術要求高，難以擴大生產規模。
圖1：a，wtd 系統透皮給葯示意圖；b，wtd設備的內部組件；c，可穿戴的wtd設備；d，注射給葯或使用 wtd 系統透皮給葯後的血葯濃度曲線示意圖。mtc：最大耐受濃度；mec：最小有效濃度；e，電極 a 和 b（藍色）、b 和 c（紅色）之間的典型輸出電流。
該研究設計了一種可穿戴透皮設備（wearable transdermal device，wtd）系統，包括一個便攜的wtd設備和微針貼片（圖1）。具體來說，wtd系統可通過程序輸出電流來調控裝置內部的電響應水凝膠，其釋放的定量藥物溶液通過微針在皮膚產生的孔道，並在離子電滲的作用下，可實現藥物的高效、可控、多次的透皮遞送。該系統可滿足對不同帶電藥物的深層、大劑量遞送需求，在5分鐘內顯著提升膠原蛋白、胰島素和胰高血糖素遞送深度和遞送量（圖2a），為小尺寸微針貼片的快速、有效的透皮遞送提供了一種解決方案。
圖2：a，wtd 系統通過離子電滲增加膠原蛋白、胰島素和胰高血糖素的透皮深度；b，wtd設備配合可溶載葯微針示意圖；c，降血糖應用；d，防治低血糖應用；e，wtd設備配合留置微針示意圖；f，按需降血糖應用；g，多次、持續遞送化療藥物治療腫瘤。
在動物模型驗證實驗中，wtd系統可加快載葯可溶微針（dmn）貼片的水合以實現快速透皮遞送（圖2b）。在5分鐘的治療時間內，裝載胰島素的dmn + wtd實驗組維持1型糖尿病小鼠血糖正常水平的時間（2 h）是可溶微針組（0.5 h）的4倍（圖2c），同時裝載胰高血糖的dmn + wtd實驗組比可溶微針組提早2 h將低血糖小鼠的血糖恢復正常。此外，wtd設備還能結合載葯的電響應水凝膠和不可溶的留置微針（imn）通過程序控制實現按需給葯，在小鼠血糖回升時可按需啟動wtd設備二次釋放胰島素來控制血糖（圖2f），或用於其他類型藥物的多次按需釋放（圖2g）。
該研究開發了一種高效、微創、按需給葯的可穿戴透皮設備系統，該系統集成了電響應水凝膠和微針貼片，可通過程序化電流驅動實現高劑量控釋。在使用可溶微針等載葯微針穿透皮膚屏障後，該系統通過加速微針的水合和提供離子電滲效應，提高了透皮遞送的速度、深度和遞送量。這種功能尤其適用於含有多種可溶性成分的微針貼片，可有效解決輔料和活性成分粘度過高或溶解緩慢等難題。此外，該設備結合留置微針貼片能進一步實現重複、按需給葯，同時可滿足大劑量用藥的需求。
https://www.cell.com/matter/abstract/s2590-2385(25)00083-9
