虽然广告总是被炒作，但关心皮肤护理的朋友必须知道，大多数护肤产品中的各种有效成分实际上并不能深入真皮或更深层。这是由于角质形成细胞、表皮细胞和角质形成细胞密集排列在一起，形成屏障功能，防止外部分子进入。
这种屏障也给医学带来了挑战，限制了皮肤给药的应用范围。但是，因为可以绕开消化系统，避免药物通过肝脏或肠道的代谢损失，也避免口服药物后胃肠道反应的发生，以及患者在长期治疗中更好的依从性，通过皮肤给药仍有一定的优势。因此，科学家们希望找到克服皮肤屏障引起的给药障碍的方法，使皮肤给药能够更好地应用于伤口愈合、止痛等医疗和美容领域。
近日，麻省理工学院（MIT）研究人员为了使药物更好地通过皮肤进入身体，利用无痛超声波作用于皮肤，开发了可穿戴的贴片，创造一个小通道，使药物更容易穿透皮肤。相关结果以“相关结果”为基础AConformableUltrasoundPatchforCavitation‐EnhancedTransdermalCosmeceuticalDelivery以AdvancedMaterials为题发表。
图1研究成果(图源:[1]
研究人员表示，该方法不仅可用于治疗各种皮肤病，还可用于输送激素、肌肉松弛剂和其他药物。麻省理工学院媒体实验室的高级作者兼副教授克里斯蒂娜说：“该方法具有使用简单、重复方便的特点，为那些患有皮肤病和过早皮肤老化的患者带来了改变游戏规则的新选择。通过这种方式输送药物可以实现更少的全身毒性，以及更高的局部性、舒适性和可控性。”
虽然过去的研究表明，紫外线可以增加皮肤对小分子药物的渗透性，但通过这种方式实现药物输送的总量配备大型设备是必然的。MIT团队开发的可穿戴贴片突破了这方面的限制，可以应用于更多场合。
贴片的主要材料是聚二甲基硅氧烷（poly(dimethylsiloxane)，PDMS），几个圆盘压电传感器嵌入其中。PDMS是一种基于硅的聚合物，可直接粘附在皮肤上，无需额外的粘合剂。溶解有药物分子的液体溶液可以储存在每个圆盘所在的空腔中。当电流通过这些压电元件时，压电元件可以将电流转化为机械能，在液体中产生压力波，从而在皮肤上产生破裂的气泡。气泡破裂产生的微射流可以穿过皮肤硬角质层。
这种现象在物理学上被称为“声空化“。当液体暴露在高强度超声波下时，当液体局部压力降低时，液体中的小气泡会剧烈生长振荡，形成气泡或空腔，但由于声波的周期性挤压，很快就会收缩。当气泡收缩达到临界尺寸时，气泡会突然坍塌并释放高能量。
低频声电泳（low-frequencysonophoresis，LFS，20–100kHz）、中频声电泳（IFS，100kHz-1mHz、高频声电泳（HFS，>1MHz)可诱导声空化，但空化气泡的共振半径不同，增强皮肤渗透性的机制也不同。传统上，HFS主要用于增强皮肤的渗透性，其气泡密度较高，与脂质双层细胞间距相当。然而，发现LFS可以更好地利用气泡坍塌、微喷射等瞬态现象，而IFS是一种有效的折衷方案。
图2可穿戴贴片的结构和原理(图源:[1]、[2]）
在这项研究中，研究人员采用了IFS方案，并通过测试烟酰胺的输送来测试贴片的效率。烟酰胺是一种B族维生素，是许多防晒霜和保湿剂的常见成分。结果表明，超声贴片输送的烟酰胺比无超声辅助穿透皮肤的药物大26倍。超声贴片可以与微针穿刺皮肤输送的药物相比微针输送量在30分钟内6小时内输送。
图3烟酰胺被动渗透与10分钟超声处理后的对比(图源:[1])
目前，超声贴片可以使药物穿透几毫米厚的皮肤，对烟酰胺或维生素C等有效药物有良好的临床价值，如烟酰胺或维生素C用于治疗老年斑或其他皮肤黑斑，或局部用于治疗烧伤。
研究人员考虑进一步升级超声贴片，增加药物渗透深度，帮助咖啡因、芬太尼或利多卡因等需要达到血液的药物工作。Dagdeviren还构思了这种贴片输送孕激素等激素的可能性。此外，研究人员正在探索将类似设备植入体内的可能性。如果成功，贴片预计将输送治疗癌症或其他疾病的药物。
参考资料：
[1]Chia‐ChenYu,AasthaShah,NiktaAmiri,etal.AConformableUltrasoundPatchforCavitation‐EnhancedTransdermalCosmeceuticalDelivery.AdvancedMaterials,2023;DOI:10.1002/adma.202300066
[2]https://news.mit.edu/2023/wearable-patch-can-painlessly-deliver-drugs-through-skin-0419
