目前，细胞治疗的给药方式主要包括皮下注射、静脉注射和植入装置的递送。然而，这些方法的依从性差也可能导致感染的风险。因此，学术界和工业界一直在积极开发靶向性、准确性和安全性更好的给药方法。

近日，香港城市大学生物医学工程系许博士研究组首创了可装载活细胞的微针技术——cryo micro针或cryoMNs，实现了活细胞的装载和输送。相关研究近日发表在《自然生物医学工程》杂志上。

冷冻微针的灵感是冰锥，经过特殊工艺制备后，可用于皮肤内装载、储存和运输具有治疗作用的活细胞。在小鼠实验中，与传统递送方式相比，冷冻微针递送树突状细胞的策略可以在小鼠体内产生更强的抗原特异性免疫和肿瘤抑制作用。在免疫治疗中，冷冻微针可能具有产业化潜力。

（来源：Nature Biomedical Engineering）(来源:自然生物医学工程)

借此机会，独家专访了本报通讯员许博士。

许博士毕业于美国布朗大学化学专业。自2012年以来，他一直专注于开发经皮给药和检测的新技术。迄今为止，徐博士已在国内外发表了140多篇科学论文，申请了15多项专利。目前在香港城市大学从事微针贴片和核酸纳米粒给药系统的研究。

灵感来自一把冰锥

经皮给药是一种通过皮肤表面给药的新型给药方式。近年来，经皮给药以其使用灵活方便、侵入性低、感染风险小等优点受到众多研究者的关注，其中透皮贴剂和微针技术发展迅速。

现有的微针平台虽然成功实现了小分子药物、多肽和蛋白质、寡核苷酸和纳米药物的透皮给药，但还不能实现活细胞的装载和输送。原因是现有的微针技术不能同时保持装载细胞的活性和穿透皮肤的机械强度。

为了解决这一问题，许团队取得了突破，使用“冰”作为微针制备的原料。据介绍，这个设计的灵感是中国北方冬天出现的冰锥。冰不仅具有良好的机械强度，而且低温条件有利于活细胞的保存。

需要注意的是，用于制备微针的“冰”并不是简单的水溶液。这些“冰”是含有2.5%二甲基亚砜(DMSO)和100 mM蔗糖磷酸盐缓冲液(PBS)。制成的冷冻微针既能减少低温对细胞膜的损伤，又能保持细胞活性。

图丨冰锥（来源：图虫）图冰锥(来源:图虫)

这个团队研发的冷冻微针，每个都短于1mm。活细胞被携带在冷冻微针的尖端上，并且活细胞通过微针被输送到皮质中。“这是一种类似皮肤贴片的装置，可以在皮肤中装载、储存和输送具有治疗作用的活细胞”，徐博士解释道。

这样，冰锥就成了治疗疾病的工具。

实验表明，冷冻微针可以通过按压的方式穿刺皮肤，装载的细胞可以顺利送入皮肤。通过控制细胞负载和微针的长度，可以精确控制细胞输送的有效测量和输送深度。有效避免了传统细胞治疗过程中预先制备细胞注射液的繁琐步骤，降低了细胞污染的风险。

针尖有细胞的CryoMNs可以很容易地穿透皮肤表皮(左下)。当cryoMNs融化时(右下)，装载的细胞被释放。释放的细胞然后迁移、增殖、分泌特定的细胞因子并与皮肤中的其他局部细胞相互作用(扩展图)。

在确定最佳给药频率和剂量后，作为概念的证明，他们将装载有肿瘤抗原(卵清蛋白，OVA)的树突细胞(DC)装载到微针中。该微针实现了DC的皮内给药和免疫。与传统的注射给药方式(静脉注射和皮下注射)相比，DC的微针给药策略可以在小鼠体内产生更强的抗原特异性免疫和肿瘤抑制作用。

图丨与皮下和静脉注射疫苗相比，用 OVA-DC-cryoMNs 接种疫苗可以诱导更有效的抗原特异性免疫反应与皮下和静脉注射疫苗相比，OVA-DC-cryoMNs疫苗可以诱导更有效的抗原特异性免疫应答。

徐的团队测试了六种细胞经冷冻微针携带和释放后的细胞活性和增殖能力。实验证明，这种技术可以用于活细胞的长期储存和输送。这六种类型的细胞是表达红色荧光蛋白的HeLa细胞(RFP-HeLa)、角质形成细胞(HaCaT)、真皮成纤维细胞(NDF)、间充质干细胞(MSC)、表皮黑素细胞和T细胞。

许透露，未来这种冷冻微针有望通过装载不同类型的治疗细胞达到不同的治疗效果。

影响商业化的几个挑战。

许表示，现阶段，冷冻微针真正落地还存在一些困难。

目前，第一代冷冻微针的储存和运输是一个很大的挑战。实验表明，cryoMNs的透皮能力随着暴露于室温时间的增加而降低。CryoMNs从储存环境中取出后应立即使用，在室温下的停留时间不应超过40秒。

图丨 cryoMNs 皮肤渗透能力与在室温中停留时间的相关性（来源：论文）图:低温冷冻液的皮肤渗透能力与室温下停留时间的相关性(来源:论文)

“目前的冷冻微针需要在-80℃或更低的温度下保存。虽然在现阶段，为了解决新冠肺炎疫情，一些厂商已经在制造小型超低温冰箱，但这种方法也会相应增加产品成本。要真正实现产业化，解决储藏温度的限制将是下一步工作的重点，”许说。

此外，基于目前的设计尺寸，冷冻微针可装载和输送的细胞数量少于经皮注射和静脉注射，有限的细胞输送也是一个有待解决的大问题。

对此，许告诉，我们的冷冻微针技术将首先应用于免疫治疗，即治疗对治疗细胞需求较低的小型和局部皮肤病。微针冷冻技术既保证了治疗效果，又降低了患者的痛苦和感染风险。

“从长远来看，我们需要优化冷冻微针的产品设计，使其在功能性方面可以灵活使用。我们已经验证了它对各种类型活细胞的储存功能。如果将其设计成易于使用的载体，医生可以自己装载所需的治疗细胞，将更有利于使用和推广。”许对此十分期待。

“未来希望透皮给药的方向能结合人工智能等技术，做出一些更酷的研究成果。”谈及冷冻微针和经皮给药的未来，许博士充满希望。