豪门国际

针对上述问题，浙江大学计剑和王幽香团队开发了氧气爆破微针（MN）系统，以减轻增生性疤痕（HS）中的低氧状况并增强5 - 氟尿嘧啶（5 - Fu）的治疗效果。实验发现低氧条件下5 - Fu对人类HS纤维母细胞的细胞毒性显著降低。转录组分析揭示了147个与5 - Fu响应相关的基因在低氧环境下表达改变，特别是参与有丝分裂细胞周期过程的基因 。基于此，研究人员设计了包含高压氧气捕获颗粒（HOTP）的核心 - 壳层MN平台，可局部共递送氧气和5 - Fu，改善药物穿透致密HS组织的效果。体内实验结果证实该MN系统能有效缓解低氧状态，显著提升5 - Fu的治疗效果。研究还展示了HOTP MNs的制备过程及其在HS组织中应用时的有效性和安全性，为优化HS疗法给予了新策略。该文章于2025年4月18日以《Hypoxia alleviation enhances the efficacy of 5-fluorouracil in hypertrophic scar therapy via an oxygen-popping microneedle system》为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202422678）。

图1 研究示意图

（1）低氧和常氧条件下5-Fu对HSFbs的作用差异

图2A显示，在常氧条件下，随着5-Fu浓度增加，细胞存活率逐渐下降至100 µg/mL时为51.7%；低氧条件下细胞存活率维持在80%以上，表明低氧显著削弱5-Fu的细胞毒性。图2B顺利获得Calcein-AM（绿色荧光）和碘化丙啶（红色荧光）标记活细胞和死细胞，进一步证实低氧环境下5-Fu细胞毒性降低。图2C的RNA测序分析表明，在常氧条件下，5-Fu处理后有554个差异表达基因（DEGs），其中191个上调，363个下调。图2D对比低氧与常氧条件下5-Fu处理后的DEGs，发现两者存在显著差异。图2E的Venn图显示两组共有147个DEGs，这些基因在低氧条件下表达模式不同。图2F的基因本体论（GO）富集分析显示，这些DEGs主要涉及细胞迁移、有丝分裂细胞周期过程及磷酸代谢过程的调控。图2G以热图形式展示与有丝分裂细胞周期相关的基因表达变化，表明在常氧条件下5-Fu可有效抑制BUB1和SPAG5等基因表达，而在低氧条件下这种抑制作用减弱。

图2 缺氧对HSFbs中5-Fu疗效的影响。（a）细胞活力；（b）不同处理后HSFbs的活/死染色的代表性荧光图像；（c）常氧/5-Fu和常氧组之间DEG的火山图；（d）低氧/5-Fu组和常氧/5-Fu组之间DEG的火山图；（e）维恩图，显示常氧/5-Fu与常氧和低氧/5-Fu与常氧/5-Fu比较之间的交叉DEG；（f）显著丰富了相交DEG的GO项；（g）在相交DEG中有丝分裂细胞周期过程基因的热图分析

（2）HOTP的研制及其对缺氧和5-Fu增效作用的体外评价

图3A展示了HOTP的制备流程，顺利获得注入氧气并快速冷却熔融碳水化合物混合物，成功捕获高压氧气。图3B显示HOTP在水环境中迅速释放大量氧气气泡，同时顺利获得添加罗丹明6G（Rh6G）标记的不含氧气颗粒（NOP）进行对比（详见支持信息中的Figure S8和Videos S1和S2）。图3C表明，HOTP加入脱氧PBS溶液后，氧气浓度在60秒内急剧增加，随后逐渐降低。图3D的免疫荧光成像显示，低氧条件下HIF-1α表达增强，而HOTP处理显著下调其表达。图3E和图3F的Western blot分析进一步证实HOTP对HIF-1α蛋白表达的抑制作用。图3G显示，在低氧条件下，HOTP与5-Fu共处理显著增强细胞毒性，将细胞存活率降低至57.9%（100 µg/mL 5-Fu浓度），表明HOTP有效缓解低氧状态并增强5-Fu疗效。

图3 HOTP的开发和表征。（a）HOTP制造工作流程；（b）HOTP的代表性照片及在PBS溶液中的视图；（c）氧释放动力学：加入HOTP后PBS溶液中氧浓度的变化；（d）不同处理的HSFb的免疫荧光图像（绿色荧光：HIF-1α，蓝色荧光：用DAPI染色的细胞核）；（e）各组中HIF-1α表达的代表性Western blot条带；（f）HIF-1α表达的相应定量数据（n=3个生物学上独立的样品）；（g）5-Fu/NOP和5-Fu/HOTP共处理后低氧下HSFbs的细胞存活率

（3）MN体系的制备与表征

图4A展示了MN系统制备流程，包括制备可溶解的MN壳层结构并将HOTP加载至微腔中。图4B给予了MN在HOTP封装前后的照片，显示微腔结构的变化。图4C和图4D展示了包含5×5阵列的HOTP MNs的照片及其SEM图像，显示圆锥形针头高度为1400 µm、基底直径为700 µm。图4E对比了PVP固体MN、含微腔MN及HOTP MN的压力-位移曲线，表明HOTP MN具有良好的机械强度。图4F顺利获得H&E染色证实HOTP MN应用于HS组织后可有效改善局部低氧状态。图4G显示应用霜剂或MN后20分钟内HS组织的荧光横截面图像，表明MN显著提高了药物渗透效率。

图4 MN系统的制造和表征。（a）HOTP MN制造的工作流程；（b）HOTP包封前后具有微腔的MN的代表性照片；（c）HOTP MN的代表性照片；（d）HOTP MN的SEM图像；（e）PVP固体MN、具有微腔的MN和HOTP MN的压缩力-位移图；（f）应用HOTP MN后HS组织的H&E染色；（g）施用乳膏或MNs 20分钟后HS组织的代表性荧光横截面图像（合并：亮视野+红色Rh 6G）

（4）MN系统对HS的体内治疗效果

图5A展示了实验设计示意图，说明顺利获得每周一次的MN系统局部应用评估疗效的过程。图5B的micro-CT分析结果显示，HOTP MNs处理显著改善低氧环境并减少紊乱的骨小梁结构。图5C的H&E染色和番红O/快绿染色图像显示，HOTP MNs处理显著改善HS组织中细胞排列和基质密度。图5D表明，HOTP MNs处理后胶原蛋白含量显著增加，促进胶原蛋白合成。图5E的免疫荧光染色验证了HOTP MNs处理组中胶原蛋白II（COL II）和聚集蛋白聚糖（ACAN）表达增加，同时IL-6表达减少，抑制炎症反应。图5F的定量分析结果表明，HOTP MNs促进细胞外基质（ECM）成分合成。图5G显示，HOTP MNs处理后疤痕厚度显著减少，改善HS病理状态。

图5 F/R凝胶在兔耳增生性瘢痕模型中的体内抗瘢痕评估。（a）实验各阶段时间轴示意图；（b）第0天创面以及不同处理前后瘢痕照片；（c）第40天瘢痕组织H&E染色、Masson三色染色及天狼星红染色的典型图像；（d–f）基于染色图像的瘢痕指数（SEI）、真皮细胞密度及I/III型胶原比率的定量分析（n = 3独立生物样本）；（g）第40天各组瘢痕组织HIF-1α与α-SMA免疫荧光染色的典型图像；ns表示无统计学差异，*p < 0.05，***p < 0.001，****p < 0.0001