光固化3D打印丝素蛋白微针用于增强透皮递送和皮肤再生的精密工程

来源：EFL生物3D打印与生物制造

数字光处理（DLP）制造的丝素蛋白（SF）微针（MNs）在透皮应用中潜力巨大，但临床转化面临两大挑战：制造精度不足，难以实现结构分辨率；机械强度不够，无法有效穿透表皮。  来自苏州大学纺织与服装工程学院、现代丝绸国家工程实验室的李刚教授、张骏副教授团队，开发了甲基丙烯酸酯化丝素蛋白（Sil-MA）生物墨水，该墨水兼具高生物相容性和增强的可打印性。通过系统优化材料配方、打印参数和微针几何形状，成功制造出具有精确结构控制和优异机械性能的DLP打印Sil-MA微针。这些微针无细胞毒性，能高效透皮递送三种不同的皮肤治疗药物，还能作为机械刺激剂显著促进表皮角质形成细胞增殖。  相关工作以“Digital Light Processing of Methacrylated Silk Fibroin Microneedles: Precision Engineering for Enhanced Transdermal Delivery and Skin Regeneration”为题发表在《ACS Applied Bio Materials》上。

通过优化Sil-MA材料制备路线，结合FTIR、XRD等光谱分析及流变学测试，研究Sil-MA的结构和墨水性能，结果表明Sil-MA-3适合DLP打印且性能优良。

图1. Sil-MA制备工艺优化及墨水流变学。  

通过调整光强度、曝光时间等打印参数，结合光学显微镜观察，研究参数对微针打印精度的影响，结果确定了最优打印参数和模型。

图2. 微针打印参数优化。

通过压缩试验、猪皮肤穿透等测试，研究不同形状微针的机械性能，结果显示锥形微针机械强度和穿透性更优。

图3. 微针机械性能评估。  

通过细胞培养、活死染色及MTT实验，研究Sil-MA材料的生物相容性，结果表明其无细胞毒性，相容性良好。

图4. Sil-MA的细胞相容性验证。  

通过Franz扩散池和拉曼光谱，研究微针对药物透皮递送的作用，结果显示微针能显著增强多种药物的渗透。

图5. 微针的透皮药物递送性能。  

通过小鼠实验及组织染色，研究微针机械刺激对皮肤再生的影响，结果表明其能促进再生相关因子表达。

图6. 微针机械刺激促进皮肤再生。

研究结论
本研究成功利用DLP技术制备出Sil-MA微针，经优化材料配方、打印参数和微针几何形状，微针具备精确结构与优异机械性能，无细胞毒性。其能高效透皮递送多种皮肤治疗药物，还可作为机械刺激剂，显著促进表皮角质形成细胞增殖，上调皮肤再生相关标志物（如Ki67、CK14 等）表达，有效加速皮肤修复与再生进程，为透皮给药及皮肤再生治疗提供了创新且具潜力的策略，相关成果发表于《ACS Applied Bio Materials》 。

文章来源：
https://doi.org/10.1021/acsabm.5c00621