2023年8月7日，88858cc永利官网陳偉教授團隊在材料學權威期刊《ACS Nano》（IF=17.1）在線發表了題為“受小腸絨毛啟發的數學工程化底紋貼片用于各類粘膜高效生物标志物富集與藥物快速沉積”（Intestinal Villi-Inspired Mathematically Base-Layer Engineered Microneedles (IMBEMs) for Effective Molecular Exchange during Biomarker Enrichment and Drug Deposition in Diversified Mucosa）的研究文章。基于仿生的原理，這項工作為仿生器件與粘膜的深度互作提供了全新的思路，使不依賴材料或化學特性，通過特定的仿生結構加強界面之間的相互作用，使該工作的相關理念後續有望快速應用于臨床實踐。

粘膜又被稱為身體的“内皮膚”，廣泛分布于各類器官與組織表面，表面粘液與組織液中含有各種生理/病理相關的生物标志物，粘膜下也有豐富的血管與淋巴管，是器件-組織互作的潛在位點。作為人體内部的屏障，粘膜本身容易受各類外來刺激而産生損傷，例如機械摩擦所緻紅腫（物理因素損傷）、胃酸或某些酸/堿藥物所緻潰瘍（化學因素損傷）等。而更為重要的則是生物因素損傷，病原微生物對粘膜系統的感染可能對機體産生嚴重的危害，例如新冠肺炎（由新冠病毒感染所緻）、非典型性肺炎（由非典病毒感染所緻）、流感（由流感病毒感染所緻）、宮頸癌（和人乳頭瘤病毒感染強相關）和胃癌（與幽門螺杆菌感染強相關）等等。因此，開發一種準确高效有前景的粘膜采樣/遞送策略，不僅能提高當前臨床疾病診斷治療的效率，也能更好的保護大衆的生命健康。

盡管已經有許多粘膜相關的檢測拭子（例如口腔拭子，咽拭子以及鼻拭子），它們在實際臨床應用中仍面臨許多問題，例如淺表取樣、難以脫附帶來的靈敏度問題，或是因為取樣過程中帶來的不适而産生的患者依從性問題，又或是面對不同粘膜環境的普适性受限，這些問題降低了實際臨床診斷與治療過程中醫生判斷的準确度，給患者的診療帶來較大的風險。

為了解決上述問題，已有許多先行研究者提出了自己的解決方案，例如使用電紡納米級纖維拭子或者在取樣器上做化學修飾提升靈敏度，但這些方案也或多或少有着材料和功能上的限制，難以快速走向臨床轉化。華中科技大學88858cc永利官网陳偉教授團隊在過去幾年對生物仿生器件與粘膜互作方面做過許多研究，報道過如降低假陰性的新冠檢測拭子（Matter, DOI: 10.1016/j.matt.2020.09.021）及動态全向粘膜粘附藥片系統（ScienceAdvances，DOI: 10.1126/sciadv.abk1792）。基于前期的積累，并啟發于小腸在物質交換過程中的特點（小腸絨毛的周期性結構所帶來的物質交換面積極大提高），團隊成員将周期性結構修飾在研究較少的微針陣列底部，開發出一款數學工程化底紋貼片（Intestinal villi-inspired Mathematically Base-Layer Engineered Microneedles,IMBEMs）。此器件巧妙地利用生物仿生結構實現了粘膜與貼片的高效深層互作。而通過對貼片材料的設計，使IMBEMs貼片具有了快速溶解釋放藥物（IMBEMs in deposition mode, IMBEMs-ModeD）和高速溶脹捕獲組織液（IMBEMs in enrichment mode,IMBEMs-ModeE）兩種模式，能夠适用于全身各類粘膜，根據需求進行取樣或遞藥。

IMBEMs貼片的概念示意圖

總體而言，本工作受啟發于小腸絨毛的周期性特殊結構，并将該結構與微針陣列結合創造出了一種用于各類粘膜高效生物标志物富集與藥物快速沉積的受小腸絨毛啟發的數學工程化底紋貼片（Intestinal villi-inspired Mathematically Base-Layer Engineered Microneedles, IMBEMs），以增強器件-粘膜相互作用。IMBEMs貼片可以通過對材料的控制實現捕獲與遞送兩種模式，兩種模式的IMBEMs貼片都能發揮顯常規産品（貼片及拭子等）的效率，其所使用的材料生物相容性好，裝載物活性高，受試者依從性大，制作相對便捷，故具有非常高的臨床轉化潛力；除此以外，由于本身是一種不依賴于材料或化學特性的特殊表面結構所帶來的互作增強，這種由小腸絨毛所啟發的結構可以應用于多種需要增強交換效率的界面；同時IMBEMs貼片也可以和多種現有醫療器械（例如内窺鏡，腸鏡，陰道鏡等）相結合，可以對難以觸及的部位采樣/遞送，具有廣闊的臨床應用前景。

相關工作近期發表于材料學權威期刊《ACS Nano》上，華中科技大學88858cc永利官网藥理學系博士研究生龔宇晟為本文的第一作者。通訊作者為華中科技大學同濟醫學院88858cc永利官网陳偉教授，新加坡國立大學陳小元教授。此項工作的細菌實驗部分由88858cc永利官网生物化學與分子生物學系郭雨松教授團隊提供支持。

此項工作受到中央高校基本科研業務費，湖北省自然科學基金，國家自然科學基金優秀青年科學基金項目（海外）等項目的支持。

原文鍊接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c02944