当前，细胞疗法的给药方式主要包括皮下注射、静脉注射以及植入器械递送等。然而，这些方法依从性差，也有可能会引发感染风险。因此，学界和产业界一直在积极研发靶向性、精确性和安全性更佳的给药方式。

日前，香港城市大学生物医学工程学系徐臣杰博士课题组首创能够负载活细胞的微针技术——冷冻微针（cryomicroneedlesorcryoMNs），实现了活细胞的负载与递送。相关研究已于近日发表在NatureBiomedicalEngineering期刊上。

借此，生辉独家专访了该论文的通讯作者徐臣杰博士。

徐臣杰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经皮检测的新技术。截止目前，徐博士已发表科学论文140余篇，申请国内外专利15余项。目前，他正在香港城市大学从事微针贴片和核酸纳米颗粒给药系统的研究。

虽然现有的微针平台已经成功地实现了小分子药物、肽和蛋白质、寡核苷酸和纳米药物的透皮给药，但却无法实现活细胞的负载与递送。究其原因，现有微针技术无法同时具有保持装载细胞活性和穿透皮肤的机械强度。

需要注意的一点是，用于制备微针的“冰”并非简单的水溶液。这些“冰”是含2.5%二甲基亚砜（DMSO）和100mM蔗糖的磷酸盐缓冲液(PBS)。由此制造的冷冻微针不仅可以降低低温对细胞膜损害，而且能够保持细胞活性。

该团队研发的冷冻微针每支短于1毫米。将活细胞搭载在冷冻微针的尖端，通过微针将活细胞递送到皮层内。“这是一个类似皮肤贴片的装置，可以装载、储存和在皮内输送有治疗性效果的活细胞”，徐博士解释说。

这样，冰锥就摇身一变成了治疗疾病的工具。

实验表明，通过按压能使冷冻微针穿刺皮肤，将负载的细胞成功递送到皮肤内部。通过控制细胞负载量和微针的长度，可以准确地控制细胞递送的有效计量以及递送的深度。有效避免了传统细胞治疗过程需要提前配制细胞注射液的繁琐步骤，降低了污染细胞的风险。

在针尖装有细胞的cryoMNs可以很容易地渗透到皮肤表皮（左下）。当cryoMNs融化时（右下），加载的细胞被释放。释放的细胞随后迁移、增殖、分泌特定细胞因子并与皮肤中的其他局部细胞相互作用（展开图）。

在确定了最佳给药频率和剂量后，作为概念验证，他们将肿瘤抗原(卵清蛋白，ovalbumin,OVA)负载的树突状细胞(DriticCell,DC)装载到微针中。该微针实现了DC的皮内递送和免疫接种。对比传统的注射递送方法(静脉注射和皮下注射)，微针递送DC的策略能够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

徐臣杰团队测试了6种细胞经过冷冻微针搭载并释放后的细胞活性和增殖能力，试验证明这项技术可以用于长期储存、递送活细胞。这6类细胞分别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)、表皮黑色素细胞和T细胞。

徐臣杰透露到，未来，这种冷冻微针有望通过负载不同类型的治疗细胞，实现不同的治疗效果。

徐臣杰表示，现阶段冷冻微针真正落地还面临一些难题。

目前，第一代冷冻微针的储存和运输是一大挑战。实验证明，随着cryoMNs暴露于室温时间的增长，其皮肤穿透能力不断下降。cryoMNs一旦从储存环境中取出后应立即使用，在室温环境停留的时间不能超过40秒。

“当前的冷冻微针需要保存于-80℃或更低的环境中，虽然现阶段为解决新冠疫情，已经有厂家在生产制造小型超低温冰箱，但这种方式也会相应提高产品使用成本。想要真正实现产业化，解决储存温度的条件限制将是接下来工作的重点，”徐臣杰说。

此外，基于当前的设计尺寸，冷冻微针能够装载和递送的细胞量少于经皮注射、静脉注射的细胞量，细胞递送量有限也是一大待解难题。

对此，徐臣杰告诉生辉，我们的冷冻微针技术将首先应用于免疫治疗，小块、局部的皮肤疾病治疗，这类疾病对治疗细胞量需求不高。冷冻微针技术既保证了治疗效果的同时也减轻了患者的痛苦和感染风险。

“长远来看，我们要优化冷冻微针的产品设计，使其在功能性方面实现灵活的运用。我们已经验证了它对于各类型活细胞的储存功能，如果将其设计成便于使用的载体，让医生可以自行负载所需的治疗细胞，这样会更有利于使用和推广”，徐臣杰对此十分期待。

“未来，我希望经皮给药方向能够与人工智能等科技结合，做出一些更酷炫的研究成果”，谈及冷冻微针以及经皮给药的未来，徐臣杰博士满怀希望。