چکیده

در زمینه پیشرفت‌های سریع در پزشکی دقیق و تشخیص‌های غیرتهاجمی، میکروسوزن‌ها (MNs) به عنوان یک سیستم دارورسانی جدید ظاهر شده‌اند که شکاف بین تزریق زیردرمی معمولی و چسب‌های سنتی ترانس درمال را پر می‌کند. با طراحی ساختاری منحصربه‌فرد و قابلیت‌های یکپارچه‌سازی عملکردی همه‌کاره، MNها پتانسیل فوق‌العاده‌ای را در طیف گسترده‌ای از کاربردهای زیست‌پزشکی نشان داده‌اند-از انتشار کنترل‌شده دارو و حس زیستی گرفته تا تحویل واکسن. این مقاله مروری سیستماتیک از فناوری MN از چهار منظر کلیدی ارائه می‌کند:تعریف و طبقه بندی اولیه، کاربردهای زیست پزشکی، بیومواد و خواص آنها، و راهبردهای ساخت جریان اصلی، که در یک بحث آینده‌نگر-در مورد چالش‌ها و مسیرهای آینده این حوزه به سرعت در حال تحول به اوج می‌رسد.

1. میکرونیدل چیست؟ ویژگی های سازه ای و مکانیزم های کاری

میکروسوزن‌ها ساختارهای آرایه‌ای{0}}سوزنی در مقیاس ریز هستند که ارتفاع آن‌ها متغیر است50 تا 2000 میکرومترو قطر نوک ازکمتر از 100 میکرومتر. MN ها که معمولاً با تراکم بالا روی یک زیرلایه چیده می شوند تا دستگاهی مانند وصله-تشکیل دهند، بر اساس یک اصل فریبنده ساده و در عین حال قدرتمند عمل می کنند:نفوذ مکانیکی لایه شاخی-خارجی ترین لایه مانع پوست. با ایجاد میکروکانال‌های گذرا در اپیدرم بدون تحریک گیرنده‌های درد پوستی (گیرنده‌های درد) یا رگ‌های خونی، MN‌ها تحویل پوستی مؤثر داروهای ماکرومولکولی، اسیدهای نوکلئیک، واکسن‌ها و سایر عوامل درمانی را امکان‌پذیر می‌سازند.

1.1 طبقه بندی بر اساس پاسخ عملکردی

بر اساس طراحی ساختاری و مکانیسم‌های رهاسازی دارو، MNها به طور کلی به پنج نوع عمده طبقه‌بندی می‌شوند:

شکل 1.طبقه بندی میکروسوزن ها و مکانیسم های دارورسانی مربوطه آنها [1]

این چارچوب طبقه بندی تاکید می کنددرجه بالایی از انعطاف پذیری در ساختار{0}} طراحی یکپارچه عملکردکه MN ها ارائه می دهند و محققان را قادر می سازد تا دستگاه ها را برای سناریوهای بالینی خاص تنظیم کنند.

2. پیشرفت کاربرد میکرونیدل ها در مهندسی پزشکی

2.1 تحویل دارو از طریق پوست

دارورسانی سنتی از طریق پوست به دلیل ماهیت نفوذناپذیر لایه شاخی به شدت محدود شده است و آن را برای ماکرومولکول هایی مانند پروتئین ها، پپتیدها و siRNA بی اثر می کند. MN ها به طور موثر این مانع را دور می زنند. تا به امروز، آنها با موفقیت برای زایمان از راه پوست استفاده شده اندانسولین، آنتی بادی های مونوکلونال، هورمون های رشدو سایر داروهای بیولوژیک-به طور قابل توجهی فراهمی زیستی را بهبود می‌بخشند و در عین حال نیاز به تزریق‌های مکرر را از بین می‌برند.

2.2 سیستم های تحویل واکسن

پچ های MN یک مزیت قانع کننده در تدارکات واکسن ارائه می دهند:آنتی ژن ها و ادجوانت ها را می توان در دمای اتاق تثبیت کرد، حذف-وابستگی زنجیره ای سرد-یک گلوگاه مهم در توزیع جهانی واکسن. علاوه بر این، MN ها به طور طبیعی هدف قرار می دهندجمعیت متراکم پوست از سلول‌های ارائه‌دهنده آنتی‌ژن-(APCs)به ویژه سلول های لانگرهانس در اپیدرم، برانگیختنپاسخ های ایمنی قوی تر و بادوام تردر مقایسه با تزریق عضلانی

2.3 بیوسنینگ و نقطه{1}}آزمایش مراقبتی (POCT)

حسگرهای MN یکپارچه می توانند استخراج کنندمایع بینابینی (ISF)-منبع غنی از نشانگرهای زیستی-در زمان واقعی-، نظارت مداوم بر شاخص‌های فیزیولوژیکی مانندگلوکز، لاکتات و سیتوکین های التهابی، یک جایگزین کم تهاجمی برای خونگیری های مکرر ارائه می دهد. این همگرایی نمونه برداری و سنجش در یک دستگاه راه را برای آن هموار می کندسیستم‌های تشخیص حلقه بسته پوشیدنی-.

2.4 انکولوژی و مداخله موضعی

MN های بارگذاری شده با دارو{0}}به صورت محلی کاشته شده در حال بررسی هستندشیمی درمانی و تعدیل ایمنی هدفمنددر سرطان‌های پوست و ضایعات باقی‌مانده پس از جراحی پستان-. علاوه بر این،محرک‌های-منشی پاسخ‌دهندهترکیب عوامل هیپرترمی فتوترمال یا مغناطیسی تحت بررسی فعال است و فعال سازی درمانی کنترل شده از نظر مکانی و زمانی را امکان پذیر می کند.

2.5 زیبایی پزشکی و ترمیم پوست

کپسوله کردن مواد فعال زیستی ماننداسید هیالورونیک و کلاژندر انحلال MN ها، بازسازی پوست را ترویج می کند و به طور موثر رفع می کنداسکار آکنه، هایپرپیگمانتاسیون و پیری پوست. این سیستم‌ها پروفایل‌های ایمنی عالی را با اثربخشی بالینی ثابت شده ترکیب می‌کنند و باعث پذیرش سریع تجاری در بخش پزشکی زیبایی می‌شوند.

شکل 2.کاربردهای نمایندگی میکروسوزن ها در زمینه های زیست پزشکی [2]

3. بیومواد برای میکرونیدل: خواص و معیارهای انتخاب

انتخاب مواد الف استعامل تعیین کننده​ در عملکرد MN، مستقیماً بر استحکام مکانیکی، رفتار تخریب، راندمان بارگذاری دارو-و زیست سازگاری تأثیر می‌گذارد. مواد MN فعلی در درجه اول به چهار دسته طبقه بندی می شوند:

⚠️ تبصره مقررات: تمام مواد MN باید مطابق بااستانداردهای زیست سازگاری ISO 10993اطمینان از عدم وجود سمیت سلولی، حساسیت و تحریک.

علاوه بر این،استراتژی های مواد مرکب-مانند ترکیبات PLGA/HA یا پلیمرهای{1}}هیبریدهای سرامیکی-به‌عنوان یک رویکرد قدرتمند برای تقویت هم‌افزایی استحکام مکانیکی، حفظ دارو و قابلیت کنترل آزادسازی در حال ظهور هستند.

4. روش های ساخت: از ریزساخت تا ساخت افزودنی

تولید MN تکنیک های را ادغام می کندمیکرو-سیستم‌های الکترومکانیکی (MEMS)، لیتوگرافی نرم، تکثیر الگو، و فناوری‌های پیشرفته چاپ. خط لوله ساخت معمولی شامل روش های کلیدی زیر است:

4.1 فتولیتوگرافی سیلیکونی + حکاکی یون واکنشی عمیق (DRIE)

تولید می کندقالب‌های اصلی سیلیکونی-دقت بالا

فرآیند بالغ است و{0}}به خوبی مشخص می شود

محدودیت: هزینه بالا; در درجه اول برای نمونه سازی و تولید تحقیقاتی-در مقیاس مناسب است

4.2 قالب گیری نرم PDMS

محلول های پلیمری در قالب های سیلیکونی ریخته می شوند، پخته شده و قالب گیری می شوند

هزینه کم، تکرارپذیری بالا و مقیاس پذیر-مسیر صنعتی غالب

سازگار با طیف وسیعی از مواد پلیمری

4.3 3تکنولوژی‌های چاپ D

شامل می شودچاپ جوهر افشان، استریولیتوگرافی (SLA) و پردازش نور دیجیتال (DLP)

را فعال می کندسفارشی سازی شخصی و هندسه های پیچیده سه بعدی

وضوح به تدریج بهبود یافته است±10 μm، نزدیک شدن به سطح MEMS{0}}دقت

4.4 الکتروریسی میدانی نزدیک

می سازدساختارهای MN مبتنی بر نانوالیاف-

فراهم می کندسطح ویژه بسیار-بالا، ایده آل برای بارگیری دارو با ظرفیت بالا-

به ویژه برای کپسوله کردن مولکول های فعال زیستی مناسب است

چالش های فعلی تولید

این رشته در ایجاد تعادل با چالش های مداومی مواجه استوضوح، توان تولید و سازگاری دسته‌ای-به-دسته‌ای-به خصوص برایتولید بالینی{0}}مطابق با GMP-. دستیابی به تولید مقیاس پذیر و قابل تکرار با حفظ وفاداری ویژگی های زیر 100 میکرومتر، یک مانع کلیدی مهندسی باقی مانده است.

5. چشم اندازها و چالش های آینده

علیرغم تکامل سریع فناوری MNs، چندین تنگنای حیاتی در مسیر ترجمه بالینی گسترده وجود دارد:

با این حال، همگراییالکترونیک انعطاف پذیر، مواد هوشمند، و طراحی به کمک هوش مصنوعی-​ ورود-نسل بعدی را تسریع می‌کندسیستم های میکروسوزن هوشمند (SMS). این پلتفرم‌های یکپارچه-قادر هستندحس کردن، پاسخ دادن و ارائه بازخورد​در یک دستگاه-حلقه بسته-دیگر یک دید دور نیست بلکه یک واقعیت در حال ظهور است.

6. نکات پایانی

میکروسوزن ها بسیار بیشتر از یک ابزار دارورسانی هستند. آنها نماینده الف هستندپلت فرم نوآوری متقابل-انضباطیدر تقاطععلم مواد، میکرو/نانو-تولید، مهندسی زیست پزشکی، و هوش مصنوعی. در نهایت، MN ها یک الگوی مراقبت های بهداشتی آینده را تجسم می کنند که توسط سه اصل اصلی تعریف شده است:حداقل تهاجم، کارآیی بالا، و طراحی متمرکز بر بیمار-.