研究背景

消化性溃疡（Peptic ulcer disease, PUD）是一类常见的消化系统疾病，传统治疗主要依赖口服药物。然而，由于胃肠道复杂的生理环境以及药物缺乏精准定位能力，传统口服治疗存在药物难以有效富集于病灶区域、组织穿透不足以及治疗效果受限等问题。因此，如何实现溃疡区域的精准定位、深层递送以及长期稳定治疗，是当前消化系统疾病治疗领域亟需解决的重要问题。

研究成果

针对上述挑战，该研究团队受到微创介入治疗和仿生机械结构的启发，设计了一种集成可膨胀环形微针、多层可变形保护结构以及轨迹调控膛线套筒于一体的系统。该系统通过内镜实现病灶定位，并利用类似“子弹发射”的机械驱动方式，将载药微针精准释放至溃疡区域，实现局部深层药物递送。研究成果以“A trajectory-modulating endoscope-actuated microneedle-based‘‘bullet’’for precise and penetrating peptic ulcer treatment”发表在Cell子刊《Device》上。华中科技大学同济医学院基础医学院博士研究生刘佳静为独立第一作者，华中科技大学同济医学院药理学系陈伟教授为共同通讯作者。

研究团队设计并构建的内窥镜驱动可变形双层微针防御贴片系统（trajectory-modulating endoscope-actuated microneedle-based bullet, TEMB）主要包括以下创新设计：

创新点1.双层微针阵列（Edged LayeringMicroneedle, MN）实现深层、持续药物释放

• 采用双层结构微针设计，内层为可调控溶解速率的聚合物（Sucrose/PCL），外层为遇水可快速膨胀的卡波姆（Carbopol）黏附层；

• 可精准穿透胃黏膜达到深层组织，在局部形成药物缓释库，同时增强组织附着力，延长留置时间，提高疗效

• 通过组织黏附性能测试验证，该微针结构能够提高治疗区域的稳定驻留能力，实现持续药物递送

  

创新点2.心脏瓣膜启发可变形（Shape-alterable Heart valves-Inspired）基底层，实现病灶覆盖与长期保护

• 受到心脏瓣膜开合机制启发，构建多层可变形保护结构。

• 该结构能够适配内镜装载需求，在释放后恢复闭合状态，实现对溃疡区域的覆盖。

• 结合保护层材料形成稳定屏障，提高局部治疗区域的抗胃酸刺激能力。

创新点3.创新轨迹调控结构，提高微针释放精准性

• 针对微型治疗器件释放过程中容易出现方向偏移的问题，研究团队设计了基于膛线结构（rifling-based）的轨迹调控套筒。

• 通过优化螺旋槽结构，使释放过程中的治疗单元产生稳定旋转运动，提高运动轨迹控制能力。

• 在体外释放实验中，该系统表现出更高的定位准确性和运动稳定性。

应用成效： 在组织模型和动物模型中验证治疗效果

• 在离体胃组织模型中，TEMB系统能够抵抗胃酸环境刺激，并维持稳定组织覆盖。

• 在兔胃溃疡模型中，该系统可通过内镜操作精准释放至溃疡区域。

• 治疗后观察到溃疡面积减少、组织结构恢复以及炎症因子水平降低，表现出良好的治疗效果和生物安全性。

未来展望

该研究将微针递药技术、内镜介入技术以及仿生机械设计理念相结合，构建了一种面向复杂胃肠道环境的精准治疗平台，为未来消化系统疾病的局部治疗、诊疗一体化以及微创精准医疗提供了新的思路。研究团队表示，未来将进一步优化系统设计，并探索其在更多胃肠道疾病治疗中的应用潜力。