时空协同3D打印微针递送SDF-1α：广医大破解心梗协同治疗难题

来源：摩方高精密

3D打印技术在微针制备中的价值，主要体现在将“高精度、小批量、快速迭代”的研发需求转化为可实现的工程路径。它不仅可以快速构建微针阵列的模型、模具或母模，用于验证针尖形貌、阵列间距、针长及整体结构设计的合理性，还能够通过高精度模具配合硅胶翻模、浇注、注塑或离心成型等工艺，实现兼顾效率与批量一致性的微针制造。对于部分树脂、聚合物和金属材料，3D打印还可直接成型微针结构，从而减少传统微加工中蚀刻、光刻和雕刻等复杂步骤。与此同时，3D打印便于根据不同皮肤部位、药物载量、穿刺深度和治疗目标进行结构定制，也更容易实现中空微针、分段式微针等复杂几何设计，因而在无痛给药和生物传感等应用中展现出明显优势。总体而言，3D打印提升了微针结构设计的自由度与制造灵活性，正在推动微针技术从实验研究走向更智能、更功能化的实际应用。

近期，广州医科大学的何根教授、余细勇教授和张灵敏教授团队在《Journal of Nanobiotechnology》期刊在线发表题为“A spatiotemporally coordinated curcumin-based microneedle patch for SDF-1α delivery and synergistic myocardial infarction therapy”的原创性论著，文章的第一作者为广州医科大学江雪燕副教授、硕士研究生罗源和杨扬。该研究采用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术，结合实际研究需求优化微针结构，利用树脂打印制备硬度适宜的微针模具，再通过倒模浇注获得机械性能优良的姜黄素微针贴片。经工程化设计的微针贴片显著提高了姜黄素的溶解度和生物利用度，实现姜黄素的快速释放及SDF-1α的持续释放，从而促进心肌梗死的靶向修复。

首先，作者将姜黄素（Cur）共价键合于GelMA网络结构中，有效解决了Cur水溶性差导致疗效受限的问题。在此基础上，作者进一步将促血管生成因子（SDF-1α）加入至该网络体系中。随后，将得到的混合溶液浇注于由摩方精密nanoArch® S140（精度：10 μm）制作打印模板随后通过倒模制备的PDMS模具中，最终获得SDF-1α@Cur-MN，流程如图1所示。

图1. 微针贴片制备流程。

作者随后对微针贴片的结构及性能进行了系统表征。首先，通过NMR（核磁共振）和FTIR（傅里叶变换红外光谱）证实Cur已成功共价接枝至PBA修饰的GelMA中(图2B、C)。如图2F所示，制备得到的Cur-GelMA微针贴片呈规则的10×10阵列排列，微针形貌均一，针尖完整。贴片整体，包括微针尖端和背衬层，均呈均匀黄色，表明共价结合的姜黄素在水凝胶网络中分布良好。扫描电子显微镜结果进一步显示（图2G），微针具有清晰的锥形结构，平均高度约为800 μm，基底直径约为250 μm。在微针硬度测试中，实验结果表明该微针具备穿透心肌进行治疗的能力（图2H、I）。此外， 在微针的黏弹性测试和药物释放实验（图2J - M）中，结果表明该微针具备应对心脏跳动从而实现治疗的可行性，并可在心脏修复过程中实现时空协调的药物释放，从而在一定程度上提高治疗的精准性。

图2. 姜黄素水凝胶和微针贴片的制备与表征。

在治疗方面，作者通过体外实验评估了微针对巨噬细胞极化的影响。流式细胞术结果显示，微针治疗可促进M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞极化（图3C）。同时，微针治疗后，促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α的mRNA表达水平显著降低。相反，抗炎因子IL-10的表达水平显著升高（图3B）。此外，文章也同步验证了SDF-1α在促进血管生成方面的重要作用。

图3. SDF-1α@Cur-MN 对巨噬细胞表型调控的影响。

作者在体内动物实验进行了进一步的治疗验证。在对大鼠心脏的左前降支血管进行结扎后，将微针贴放在结扎处，实现心肌梗死的修复治疗（图4A）。动物超声实验结果表明，相较于心肌梗死组，微针治疗组在第14天和第28天的心脏功能保留更好（图4B），心脏功能重要指标EF（射血分数）和FS（左室短轴缩短率）都有不同程度的提高（图4C、D）。同时，微针治疗组的心肌梗死处纤维化程度也比心肌梗死组低（图4G、I）。

图4. SDF-1α@Cur-MN贴片在心肌梗死后能保护大鼠的心脏功能。

总结：研究团队利用3D打印技术，设计出适用于心肌梗死治疗的微针结构，并基于“抗炎+促血管生成”的联合治疗策略，开发了一种负载SDF-1α的姜黄素水凝胶微针贴片（SDF-1α@Cur-MN）。该贴片能够实现早期炎症治疗与长期促血管生成，从而发挥“1+1>2”的协同效应。双药微针系统的疗效显著优于单组分治疗，凸显了同时靶向多种病理过程治疗心肌梗死的优势。此外，3D打印技术推动了微针从传统给药工具向智能化、个性化和诊疗一体化方向发展，促进了复杂结构材料、多功能复合材料及生物医用材料的快速创新。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s12951-026-04473-4