一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法
阅读说明：本技术 一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法 (Anti-hair loss and hair growth integrated core-shell microneedle patch and preparation method thereof ) 是由 郑斌 曹毓琳 李博文 孙维 程世翔 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法,包括背衬和附着于所述背衬一侧的核壳微针阵列,所述核壳微针阵列包括多根阵列布置于所述背衬上的微针,每根所述微针包括壳基质材料和内部核,所述壳基质材料负载有用于清除过量活性氧的纳米酶。本发明采用上述结构的一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法,壳基质材料在微针贴片应用于皮肤上后快速降解,其负载的纳米酶可进行被动释放清除活性氧和促进毛囊周围微环境中血管的生成,微针内部核装载间充质干细胞衍生的外泌体,内部外泌体在壳基质材料降解后被释放输送到毛囊生态位,可以改善色素沉着,促使头发再生。(The invention discloses an anti-hair loss and hair growth integrated core-shell microneedle patch and a preparation method thereof. According to the anti-hair loss and hair growth integrated core-shell microneedle patch and the preparation method thereof, the shell matrix material is rapidly degraded after the microneedle patch is applied to skin, the loaded nano enzyme can passively release and remove active oxygen and promote generation of blood vessels in a microenvironment around hair follicles, the core inside the microneedle is loaded with the exosome derived from the mesenchymal stem cells, and the internal exosome is released and conveyed to a hair follicle ecological site after the shell matrix material is degraded, so that pigmentation can be improved, and hair regeneration can be promoted.)
技术领域
本发明涉及微针贴片技术领域，特别是涉及一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法。
背景技术
由于衰老、疾病和药物等多种原因，脱发是人类常见的疾病。据估计，超过50％的普通人群患有脱发疾病，目前临床上对脱发的治疗主要依靠毛囊移植，但受到手术费用高、侵入性大以及供体短缺的限制。相比之下，非侵入性的、诱导固有的毛囊再生是解决脱发的有效方法之一。
通常，人类毛囊会经历静止、再生和退化的循环过程，这个周期由毛囊干细胞调节，毛囊干细胞可以被主要来自其生态位的信号激活，并从其他休止期阶段进入休止期-生长期的过渡阶段。外泌体是一种细胞外囊泡，由各种细胞类型分泌，其中负载有蛋白质、脂质和核酸等多种物质，参与介导细胞的反应和生物过程，如组织修复和再生。
毛囊生态位的失调是影响脱发的主要原因，这通常是由血管不足或者毛囊周围微环境中的氧化应激引起的。脱发患者秃顶区域的血管形成不足会导致营养物质的输送不足，影响细胞因子和其他生物活性分子转化为毛囊，从而限制了毛囊从终末期向生长期的转变；除了血管生成不足之外，氧化应激还会破坏先天的抗氧化防御机制，从而在毛囊中引发细胞凋亡；此外过量的活性氧可触发真皮乳头细胞的过早衰老，并随后通过雄激素信号和激活信号的介导抑制毛囊的休止期至生长期转化。氧化应激和血管生成缺陷相互关联，活性氧的积累已被证明可阻断血管生成反应并增加血管功能障碍。因此，毛囊周围氧化应激和血管化的双重调节为促进毛发再生提供了潜在的治疗方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法，以解决上述人类脱发严重和生发困难的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种防脱生发一体核壳微针贴片，包括背衬和附着于所述背衬一侧的核壳微针阵列，所述核壳微针阵列包括多根阵列布置于所述背衬上的微针，每根所述微针包括壳基质材料和内部核，所述壳基质材料负载有用于清除过量活性氧的纳米酶。
优选的，所述壳基质材料为可溶性聚合物并包括聚乙烯醇、海藻糖、透明质酸、聚乳酸、半乳糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇双丙烯酸酯、丝素蛋白、甲基丙烯酸酯明胶和羧甲基纤维素中的一种或几种。本发明中的壳基质材料为本领域中制备微针贴片常用的基质材料，但是为了保证本发明制成的微针具有一定的机械强度，更优选为聚乙烯醇，聚乙烯醇具有保护皮肤的作用，可应用于加速伤口的愈合，且具有良好的溶解性、生物相容性和机械强度，被选为微针贴片的基质成分。此外，聚乙烯醇可以被活性氧降解以消耗自由基，从而减轻滤泡周围微环境中的氧化应激以保护细胞免于死亡。
优选的，所述背衬包括聚乙二醇双丙烯酸酯、丝素蛋白、甲基丙烯酸酯明胶、羧甲基纤维素、海藻糖、透明质酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸、半乳糖、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的一种或几种。本发明中的背衬只要是本领域制备微针常用的背衬即可，然而考虑到所形成的背衬的机械强度和柔韧性，更优选为聚乙烯吡咯酮。
优选的，所述内部核包括间充质干细胞衍生的外泌体。
优选的，所述纳米酶包括单原子纳米酶、复合体纳米酶、类过氧化氢酶和类过氧化物酶中的一种或几种。所述纳米酶可为传统纳米酶，例如Fe3O4和CeO2等，但不限于为传统纳米酶，可为单原子纳米酶和复合体纳米酶等，所述纳米酶具有过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)模拟活性。
优选的，每根所述微针具有尖端和底端，所述尖端远离所述背衬，所述微针经所述底端附着于所述背衬上。
本发明中的背衬和微针的尺寸和形状没有具体限制，可根据防脱生发一体微针贴片的使用部位和要治疗的疾病在较宽的范围内选择。
一种防脱生发一体核壳微针贴片的制备方法，包括以下步骤，
(1)制备微针壳结构：将纳米酶溶解在壳基质材料的水溶液中形成混合物，将混合物离心除去空气后沉积在微针阴模上，之后将所述微针阴模离心使混合物流入所述微针阴模的成型孔中，使用与所述微针阴模相匹配的微针阳模压入微针阴模中并将其放置于干燥器中于室温下干燥，然后将微针阳模脱模制成微针壳结构；所述微针阴模为聚二甲基硅氧烷(PDMS)微模具，所述微针阳模的针尖与针尖之间的间距和针尖高度与微针阴模的针尖与针尖之间的间距和针尖高度相同，所述微针阴模的基底面积是微针阳模基底面积的2倍；
(2)制备微针核结构：培养人骨髓间充质干细胞，使用外泌体分离试剂从细胞培养基中分离出间充质干细胞衍生的外泌体，将含有半胱氨酸和外泌体的角蛋白溶液加入到所述微针壳结构的凹槽中，通过塑料刮刀除去过量的角蛋白溶液，放置于干燥器中于室温下进行干燥；
(3)制备背衬：在所述微针的底端表面和所述微针阴模未被所述微针遮盖的上表面上施加包含背衬材料的溶液以形成背衬溶液层，所述背衬材料进行交联形成连续的背衬，最后所述微针附着于所述背衬上；
(4)制备防脱生发一体核壳微针贴片：所述核壳微针阵列在所述背衬上进行干燥固化，脱去微针阴模形成所述防脱生发一体核壳微针贴片。
一种防脱生发一体核壳微针贴片的应用，所述防脱生发一体核壳微针贴片用于缓解和治疗由于过度活性氧和毛囊周围微环境血管化不足导致毛囊生态位失调的雄激素性脱发。
优选的，所述防脱生发一体核壳微针贴片用于促进头部毛囊再生。
因此，本发明采用上述结构的一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)核壳微针贴片可以有效地让纳米酶进入皮肤从而清除过量的活性氧，刺激重塑秃顶区的微血管，加速毛发的再生。
(2)核壳微针贴片在壳基质材料降解后，可将内部核含有的外泌体释放出来，促进毛囊生长。
(3)核壳微针贴片可以在较低的给药频率下在雄激素性脱发小鼠模型中表现出加速的毛发再生，而不会引起显著的皮肤损伤。
(4)本发明以微针模板倒模制备微针，方法简单，操作方便，价格低廉，可重复利用，不需要很高的技术要求，且易对微针阵列的基本形貌进行控制，安全性强，适宜推广。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例的核壳微针贴片的侧视图；
图2是本发明实施例的微针阴模的侧视图；
图3是本发明实施例的核壳微针贴片制备过程的原理图。
图中：100、核壳微针贴片；110、微针；120、背衬；200、微针阴模；201、成型孔；202、上表面。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明提供了一种防脱生发一体核壳微针贴片，包括背衬120和附着于背衬120一侧的核壳微针阵列，核壳微针阵列包括多根阵列布置于背衬120上的微针110，每根微针110包括壳基质材料和内部核，壳基质材料负载有用于清除过量活性氧的纳米酶。内部核包括间充质干细胞衍生的外泌体。纳米酶包括单原子纳米酶、复合体纳米酶、类过氧化氢酶和类过氧化物酶中的一种或几种。壳基质材料和内部核组成核壳结构，使用核壳微针贴片100时，壳基质材料和内部核先后作用于头皮，促进毛发生长。
每根微针110具有尖端和底端，尖端远离背衬，微针110经底端附着于背衬120上。微针110的立体形状没有特别限制，其可以是圆柱形、锥形、圆台形或它们的结合，可以是规则的或不规则的圆锥、类圆锥、三棱锥、四棱锥或更高级棱锥等形状，并且这些圆锥、类圆锥、三棱锥、四棱锥或更高级棱锥可以是正锥体或斜锥体。如图1所示，微针110底端的直径优选为不小于100μm，更优选为100-500μm，直径小于100μm会使微针的机械强度不足，容易折断，直径大于500μm会使微针使用在动物体或者人体上的一些部位后，在皮肤上留下较大的空洞，导致皮肤美观和愈合的问题；相邻微针的尖端之间的距离优选为300-800μm，间距在此范围内，可使核壳微针贴片100在刺入角质层深度后纳米酶和外泌体释放效率等多方面均实现最优化的效果。在制备微针过程中，采用模板法，使用到微针阴模和微针阳模，如图2所示，微针阴模200包括上表面202和上表面202上向下延伸的成型孔201，成型孔201与微针110的形状相匹配，同样具有尖端和底端，微针阴模的尖端远离上表面，微针阴模的底端与上表面齐平，成型孔的高度、底端宽度和尖端间距可以与微针的高度、底端宽度和尖端间距相同，也可以大于微针的高度、底端宽度和尖端间距，在后面这种情况下，形成的微针不会充满成型孔201，微针阴模的上表面和成型孔的内表面均可涂覆防粘层，便于脱模。
需要说明的是，本领域技术人员有能力根据实际应用情况对本发明的防脱生发一体核壳微针贴片100的微针的形状和尺寸等做出适当选择。
壳基质材料为可溶性聚合物并包括聚乙烯醇、海藻糖、透明质酸、聚乳酸、半乳糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇双丙烯酸酯、丝素蛋白、甲基丙烯酸酯明胶和羧甲基纤维素中的一种或几种。本发明中的壳基质材料为本领域中制备微针贴片常用的基质材料，但是为了保证本发明制成的微针具有一定的机械强度，更优选为聚乙烯醇，聚乙烯醇具有保护皮肤的作用，可应用于加速伤口的愈合，且具有良好的溶解性、生物相容性和机械强度，被选为微针贴片的基质成分。此外，聚乙烯醇可以被活性氧降解以消耗自由基，从而减轻滤泡周围微环境中的氧化应激以保护细胞免于死亡。
背衬包括聚乙二醇双丙烯酸酯、丝素蛋白、甲基丙烯酸酯明胶、羧甲基纤维素、海藻糖、透明质酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸、半乳糖、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的一种或几种。本发明中的背衬只要是本领域制备微针常用的背衬即可，然而考虑到所形成的背衬的机械强度和柔韧性，更优选为聚乙烯吡咯酮。
实施例1
一种防脱生发一体核壳微针贴片的制备方法，包括以下步骤，
(1)制备微针壳结构：将纳米酶溶解在壳基质材料的水溶液中形成混合物，将混合物离心除去空气后沉积在聚二甲基硅氧烷(PDMS)微针阴模上，之后将所述PDMS微针阴模离心使混合物流入微针阴模的成型孔中，使用与所述PDMS微针阴模相匹配的微针阳模压入微针阴模中并将其放置于干燥器中于室温下保持2小时，壳基质材料采用聚乙烯醇；
(2)制备微针核结构：培养人骨髓间充质干细胞，使用外泌体分离试剂，从细胞培养基中分离出间充质干细胞衍生的外泌体，将含有半胱氨酸和外泌体的角蛋白溶液加入到所述微针壳结构的凹槽中，通过塑料刮刀除去过量的角蛋白溶液，放置于干燥器中于室温下进行干燥，直至完全干燥；
(3)制备背衬：在所述微针的底端表面和所述微针阴模未被所述微针遮盖的上表面上施加包含背衬材料的溶液以形成背衬溶液层，所述背衬材料进行交联形成连续的背衬，最后所述微针附着于所述背衬上，背衬采用聚乙烯吡咯酮；
(4)制备防脱生发一体核壳微针贴片：所述核壳微针阵列在所述背衬上进行干燥固化，脱去微针阴模形成所述防脱生发一体核壳微针贴片。
从图3可以看出，疏水的纳米酶经过DSMP-mPEG2000处理后转化为亲水的纳米酶，均匀分散于壳基质材料形成的微针壳结构中。
对比例1
与上述实施例1的制备过程不同之处在于对比例1中内部核不含有外泌体。
测试防脱生发一体核壳微针贴片的治疗效果，通过持续28天每天局部施用睾酮溶液建立雄激素性脱发小鼠模型，采用其中五组雄激素性脱发小鼠模型测试微针贴片效果，其中一组为模型组仅应用睾酮溶液，在其他3组雄激素性脱发小鼠模型上分别使用空白微针贴片、纳米酶微针贴片(对比例1制成的)和核壳微针贴片(实施例1制成的)，贴片使用十五天并三天更换一次贴片，最后一组使用米诺切尔溶液，连续十三天每日应用米诺地尔。测量结果如表1所示，通过对头发直径、Ki67阳性细胞百分比、头发周期评分从而判断防脱生发一体核壳微针贴片的治疗效果。
表1：防脱生发一体核壳微针贴片治疗效果
由表1中的数据可见，本发明制备实施例1的核壳微针贴片对于治疗脱发能够达到良好的治疗效果，Ki67阳性细胞明显增加，细胞增殖加快，利于生发，与治疗脱发的药物米诺地尔相比，本微针在较低的使用频率下在雄激素型脱发小鼠模型中表现出加速毛发再生的效果，也不会引起显著的皮肤损伤。核壳微针贴片施用于雄激素性脱发小鼠上后，微针尖端首先机械刺激脱发区，重塑脱发区的微血管，之后壳基质材料快速降解，其负载的纳米酶进行被动释放，清除活性氧并促进毛囊周围微环境中的血管生成，促进头发再生，然后外泌体也被释放输送至毛囊生态位，改善色素沉着，促进头发再生，因此本发明中的微针贴片可以通过其核壳结构，一步一步逐渐改善脱发区的毛囊环境，促进生发。
因此，本发明采用上述结构的一种防脱生发一体核壳微针贴片及其制备方法，壳基质材料在微针贴片应用于人体皮肤上后快速降解，其负载的纳米酶可进行被动释放清除活性氧和促进毛囊周围微环境中血管的生成，微针内部核装载间充质干细胞衍生的外泌体，内部外泌体在壳基质材料降解后被释放输送到毛囊生态位，可以改善色素沉着，促使头发再生。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
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