納米微針對人皮膚屏障功能及紅斑的影響

陶艷玲，苗穎穎，吳婷妍，劉娟，許陽，徐百，駱丹，周炳榮

（1南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南京 210029；2蘇州納通生物納米技術(shù)有限公司，蘇州 215000）

·論著·

納米微針對人皮膚屏障功能及紅斑的影響

陶艷玲1，苗穎穎1，吳婷妍1，劉娟1，許陽1，徐百2，駱丹1，周炳榮1

（1南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南京 210029；2蘇州納通生物納米技術(shù)有限公司，蘇州 215000）

目的 研究納米微針處理對面部皮膚屏障功能及紅斑的影響。方法 募集16例臨床受試者，隨機分為2組，每組8例。1組受試者隨機一側(cè)面頰部使用針長為0.25mm的納米微針處理6遍，另一側(cè)使用針長為0.25mm的傳統(tǒng)微針處理6遍；另1組受試者隨機一側(cè)面頰部使用針長為0.5mm的納米微針處理6遍，另一側(cè)使用針長為0.5 mm的傳統(tǒng)微針處理6遍。在處理前、處理后即刻、處理后4、8、24、48、72 h分別檢測經(jīng)皮水分丟失（Trans-epidermal water loss，TEWL）、角質(zhì)層含水量及紅斑量。結(jié)果 經(jīng)針長為0.25mm的納米微針和傳統(tǒng)微針處理后，兩側(cè)面頰部TEWL、角質(zhì)層含水量和紅斑量數(shù)值均無顯著性差異。針長為0.5mm的納米微針和傳統(tǒng)微針處理后，在處理后即刻、4、8、24 h時點上，納米微針側(cè)TEWL數(shù)值顯著低于傳統(tǒng)微針側(cè)；在處理后8 h時點上，納米微針側(cè)紅斑量數(shù)值顯著低于普通微針側(cè)。不同針長的納米微針在處理后4～8 h內(nèi)TEWL、角質(zhì)層含水量、紅斑量均能恢復(fù)至基線水平。而傳統(tǒng)微針側(cè)，皮膚處理后48～72 h內(nèi)TEWL、角質(zhì)層含水量、紅斑量才能恢復(fù)至基線水平。結(jié)論 與相同針長的傳統(tǒng)微針治療相比，納米微針處理后對皮膚屏障功能的影響較小，并且恢復(fù)更快。

納米微針；皮膚屏障；經(jīng)皮水分丟失；紅斑；角質(zhì)層含水量

目前常用的經(jīng)皮給藥技術(shù)有激光、離子導(dǎo)入、超聲波、微針及化學(xué)促滲劑等[1-2]。國內(nèi)外常用的傳統(tǒng)微針是由硅、金屬、高分子聚合物和玻璃等材料通過微電子制造技術(shù)或微鑄模技術(shù)制成的。實際應(yīng)用的微針是由幾十或幾百個規(guī)則排列的微針陣列與一個支撐微針的基座構(gòu)成。針的直徑為30～80 μm，長度為幾百微米到幾毫米不等。Henry等[3]使用微針處理皮膚表層，使藥物沿著由微針產(chǎn)生的微孔道直接進入皮膚，達到促進藥物滲透的作用。但是，這種方法在促進藥物吸收的同時會引發(fā)一些因皮膚功能受損而產(chǎn)生的弊端，比如治療時疼痛明顯、術(shù)后紅腫、易感染等。

近年來研發(fā)成功的納米微針是新興的皮膚促滲技術(shù)，由純度達到99．999 9%的單晶硅制成，頂部直徑僅為頭發(fā)直徑的千分之一，遠遠小于傳統(tǒng)微針，而納米芯片上微針的針頭密度明顯高于傳統(tǒng)微針。已經(jīng)有研究報道，通過納米微針的處理，可更有效地將藥劑、疫苗或美容活性成分通過皮膚有效地遞送入皮膚表真皮層[4]。但是關(guān)于納米微針對人皮膚生理功能的影響尚未見報道。在本研究中，筆者使用兩種不同深度的納米微針處理受試者面頰部皮膚，并與傳統(tǒng)微針作對比，觀察其對皮膚經(jīng)皮水分丟失（Trans-epidermalwater loss，TEWL）、角質(zhì)層含水量及紅斑量的影響。

1 資料與方法

1.1 受試者資料 共募集16例健康志愿者，皮膚類型為FitzpatrickⅢ-Ⅳ型，年齡23～27歲，其中男3例，女13例。納入標準：①自愿參加本試驗；②了解試驗的目的、過程；③同意進行皮膚檢測。排除標準：受試部位曾經(jīng)接受微針處理者、皮膚腫瘤、妊娠婦女、精神異常、有日光暴曬史、有光敏藥物服用史、有蕁麻疹和出血傾向病史的患者。每位志愿者試驗前均簽署參與試驗知情同意書。該項研究經(jīng)由南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會批準。

1.2 本研究中采用的微針相關(guān)信息 傳統(tǒng)微針：本研究中采用了兩種不同針長（0．25mm和0．5mm）的直插式實心傳統(tǒng)微針（購自廣州意凱電子科技公司）。其中針長為0．25mm的微針：基座面積2 cm2，針數(shù)量32個，微針直徑0．07mm，陣列高度0．25mm，錐度60°，批號：050922。針長為0．5mm的微針：基座面積2 cm2，針數(shù)量32個，微針直徑0．07mm，陣列高度0．5mm，錐度60°，批號：050922。

納米微針：本研究中采用了2種不同針長（0．25mm和0．5mm）的實心納米微針。納米微針由一個微針陣列芯片黏貼于塑料水晶頭上而組成，由蘇州納通生物納米技術(shù)有限公司提供。其中針長為0．25mm的納米微針：芯片長3mm，寬3mm，厚0．4mm，點陣數(shù)量36個；陣列高度0．25mm；錐度40°，批號：251022-2。針長為0．5mm的納米微針芯片長3mm， 3mm，厚0．4mm，點陣數(shù)量16個；陣列高度0．5mm；錐度40°，批號：251022-2。

1.3 分組處理方法 16例受試者隨機分為2組，每組8例。1組受試者隨機一側(cè)面頰部（嘴角平行線與外側(cè)眼角垂直線交叉的內(nèi)側(cè)區(qū)域）使用針長為0．25mm的納米微針處理6遍，另一側(cè)面頰部使用針長為0．25mm的傳統(tǒng)微針處理6遍；另1組受試者隨機一側(cè)面頰部使用針長為0．5mm的納米微針處理6遍，另一側(cè)使用針長為0．5mm的傳統(tǒng)微針處理6遍。在處理前、處理后即刻、處理后4、8、24、48、72 h分別檢測微針處理部位的TEWL、角質(zhì)層含水量及紅斑量。

1.4 皮膚生理指標檢測 測量條件：測試時間為每天上午8：00～10：00。室內(nèi)無陽光直射，無風(fēng)，室溫23℃，濕度50%～60%。受試者面部清潔后不使用任何化妝品，在測試前30min進入房間內(nèi)靜坐。采用無創(chuàng)性皮膚生理功能檢測技術(shù)，TEWL應(yīng)用TewameterTM儀（Co urega+Khazaka，德國）測量[單位：g/（h·cm2）]，接觸待測部位，按下按鈕，待測試值出現(xiàn)平均值讀數(shù)時，關(guān)掉按鈕，測量3次，取均值。角質(zhì)層含水量應(yīng)用Corneometer TM儀（Courega+ Khazaka，德國）測量（以百分比表示），接觸待測部位，測量5次，取均值。紅斑量用黑色素和血紅素測試探頭Mexameter MX18(Courega+Khazaka，德國)測定，測量5次，取均值。測量時保持儀器探頭與表面皮膚垂直，避免頭發(fā)及其他物品覆蓋，接觸待測部位。

1.5 數(shù)據(jù)分析 使用SPSS軟件17．0版本。采用趨勢檢驗分析指標變量在整個時間、區(qū)間內(nèi)的變化趨勢，采用獨立t檢驗分析不同時間點2組的差異，P＜0．05被認為有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 TEWL 針長均為0．25mm的傳統(tǒng)微針和納米微針處理后TEWL在不同時間段的變化曲線圖，見圖1A。與治療前TEWL數(shù)值相比，納米微針側(cè)僅在處理后即刻與之差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）；而在傳統(tǒng)微針側(cè)，則在處理后即刻、4、8 h時點上TEWL與處理前數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）。

針長均為0．5mm的傳統(tǒng)微針和納米微針處理后TEWL在不同時間段的變化曲線圖，見圖1B。2組處理后即刻TEWL均值達到最高峰，在處理后即刻、4、8、24 h時點上，納米微針側(cè)TEWL數(shù)值顯著低于傳統(tǒng)微針側(cè)（*P＜0．05）。與治療前TEWL數(shù)值相比，納米微針側(cè)僅在處理后即刻、4 h與之差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）；而在傳統(tǒng)微針側(cè)，則在處理后即刻、4、8、24 h時點上TEWL與處理前數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）。

2.2 角質(zhì)層含水量 針長均為0．25mm的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后角質(zhì)層含水量在不同時間段的變化曲線圖，見圖2A。與治療前角質(zhì)層含水量數(shù)值相比，納米微針側(cè)僅在處理后即刻、4 h與之差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）；而在傳統(tǒng)微針側(cè)，則在處理后即刻、4、8、24 h時點上角質(zhì)層含水量與處理前數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）。

針長均為0．5mm的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后角質(zhì)層含水量在不同時間段的變化曲線圖，見圖2B。經(jīng)過處理后，傳統(tǒng)微針側(cè)角質(zhì)層含水量在各時間點均值均低于納米微針側(cè)。與治療前角質(zhì)層含水量數(shù)值相比，納米微針側(cè)僅在處理后即刻和處理后4 h與之差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）；而在傳統(tǒng)微針側(cè)，則在處理后即刻、4、8、24、48 h時點上角質(zhì)層含水量與處理前數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）。

2.3 紅斑量 針長均為0．25mm的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后紅斑量在不同時間段的變化曲線圖，見圖3A。與治療前紅斑量數(shù)值相比，納米微針側(cè)僅在處理后即刻和處理后4 h與之差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）；而在傳統(tǒng)微針側(cè)，則在處理后即刻、4、8 h時點上紅斑量與處理前數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）。

針長均為0．5mm的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后紅斑量在不同時間段的變化曲線圖，見圖3B。在處理后8 h時點上，納米微針側(cè)紅斑數(shù)值顯著低于傳統(tǒng)微針側(cè)（*P＜0．05）。與治療前紅斑量數(shù)值相比，納米微針側(cè)僅在處理后即刻和處理后4 h與之差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）；而在傳統(tǒng)微針側(cè)，則在處理后即刻、4、8、24、48 h時點上紅斑量與處理前數(shù)值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（#P＜0．05）。

3 討論

圖1 不同針長的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后TEWL在不同時間段的變化曲線圖

圖2 不同針長的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后角質(zhì)層含水量在不同時間段的變化曲線圖

目前，已有較多報道微針用于疫苗、蛋白質(zhì)和多肽類等大分子藥物經(jīng)皮給藥的研究[5-7]，但是，對微針作用后的皮膚生理功能的改變，以及其對皮膚刺激性的研究相對較少。Han等[8]曾對某傳統(tǒng)微針系統(tǒng)進行了臨床測試，分別用針長分別為0．15和0．25mm的微針處理受試者的面部5或10次，在處理后即刻、處理后4、8、24 h和3 d分別測定TEWL和角質(zhì)層含水量，并觀察皮膚紅斑現(xiàn)象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)由微針處理后升高的皮膚屏障受損指標均能夠在處理后72 h內(nèi)完全恢復(fù)。尹璐等[4]曾對納米微針的皮膚促滲作用及安全性進行試驗研究。該研究中選用針長為0．15mm的納米微針，結(jié)果證實納米微針可在皮膚表層形成給藥通道，該通道在20min左右即可閉合。根據(jù)前期研究者的經(jīng)驗，筆者將皮膚生理功能指標檢測時間點定于處理后72 h以內(nèi)。此外，筆者前期進行的預(yù)試驗中，前臂皮膚接受0．5mm普通微針處理10遍后，皮膚出現(xiàn)明顯的灼熱、疼痛等皮膚刺激現(xiàn)象，而處理3遍后皮膚生理功能指標的變化并不明顯。出于對受試者的保護，結(jié)合文獻中的處理方法，本試驗中筆者采用每種深度的微針共處理6遍的研究方案。

圖3 不同針長的傳統(tǒng)微針和納晶微針處理后紅斑量在不同時間段的變化曲線圖

采用TEWL和角質(zhì)層含水量是多角度評價皮膚屏障功能的經(jīng)典方法[9-10]。皮膚屏障是皮膚抵抗外界日光、病原微生物侵襲，防止體內(nèi)水分及營養(yǎng)物質(zhì)丟失，維持皮膚正常生理功能的基礎(chǔ)。本試驗發(fā)現(xiàn)，2種微針處理后即刻TEWL和角質(zhì)層含水量均瞬間達到峰值，提示微針破壞皮膚表層造成了皮膚屏障功能的紊亂。但是，針長為0．5mm的納米微針造成TEWL峰值均低于同針長傳統(tǒng)微針，這表明盡管納米微針的針頭密度遠遠高于傳統(tǒng)微針，但是其造成的皮膚屏障功能受損卻遠小于傳統(tǒng)微針。此外，本研究的數(shù)據(jù)表明，不同針長納米微針側(cè)TEWL均能在4～8 h內(nèi)完全恢復(fù)至基線水平，而傳統(tǒng)微針處理側(cè)24～48 h TEWL才能恢復(fù)至基線水平。監(jiān)測角質(zhì)層含水量指標，與TEWL指標有類似趨勢：納米微針處理后8 h角質(zhì)層含水量均恢復(fù)處理前水平；傳統(tǒng)微針側(cè)恢復(fù)正常水平的時間約為48～72 h。上述結(jié)果提示，經(jīng)由納米微針處理后，皮膚屏障受損的恢復(fù)時間亦短于傳統(tǒng)微針。Aggarwal等[11]認為微針在刺人過程中主要受到包括軸向壓力及彎折力、皮膚抵抗力等5種皮膚阻力；鄭靜楠等[12]認為微孔尺寸大小與微針刺入后移除時間呈正相關(guān)。筆者推測，由于納米微針的針頭錐度較小，直徑較小，在處理皮膚組織時，其造成角質(zhì)形成細胞的擠壓破壞力弱于傳統(tǒng)微針，故對皮膚屏障的影響較小，恢復(fù)更快。有研究提示納米微針造成的微孔在術(shù)后20min內(nèi)閉合[4]，本研究中皮膚屏障功能的恢復(fù)時間較之更久，提示形態(tài)學(xué)上皮膚微孔的恢復(fù)并不完全代表皮膚生理功能的恢復(fù)。皮膚屏障功能受損，使在皮膚表面定植的微生物極易容易從微孔進入組織，導(dǎo)致感染、紅腫的發(fā)生。已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，納晶微針可促進大分子和納米顆粒藥物的透皮吸收[4]。而其處理后屏障功能的恢復(fù)更迅速的特質(zhì)，可在達到促進藥物吸收效果的同時，大大降低了皮膚感染、紅腫的可能。

紅斑量是用于評價皮膚刺激性的常用指標之一。本研究結(jié)果提示，與傳統(tǒng)微針側(cè)相比，納晶微針側(cè)紅斑量顯著低下，并且在8 h內(nèi)紅斑量恢復(fù)至基線水平；而傳統(tǒng)微針側(cè)恢復(fù)時間約為24～72 h。紅斑是反映皮膚炎癥的客觀指標之一，角質(zhì)形成細胞受外界刺激后，可產(chǎn)生多種細胞因子，如白細胞介素α等。隨后這些細胞因子的級聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致了真皮血管擴張和表皮層的細胞炎癥反應(yīng)，細胞也是以這樣方式修復(fù)受損的細胞屏障，因此適度的炎癥反應(yīng)有利于創(chuàng)面愈合[13]。由于納米微針造成的皮膚屏障受損較輕，并且恢復(fù)更快，故導(dǎo)致的皮膚炎癥修復(fù)反應(yīng)亦較輕，這些推測均提示了納米微針對皮膚的刺激性弱于傳統(tǒng)微針。

綜上所述，筆者的研究提示，納晶微針處理后皮膚屏障功能受損較傳統(tǒng)微針更小，恢復(fù)更快，皮膚刺激性更低，更適合用于透皮給藥技術(shù)。但試驗方案尚存不足，如只觀察了兩種長度的針型，尚不能全面對比兩種微針的治療反應(yīng)；并未在透皮給藥的情境下，觀察納米微針對皮膚生理功能的影響，此外，評價方法也較為局限，尚需要在進一步的研究中予以加強。

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Effectsof Nanochip Treatmenton Skin Barrier Function and Erythema

Tao Yanling1,Miao Yingying1,Wu Tingyan1,Liu Juan1,Xu Yang1,Xu Bai2,Luo Dan1,Zhou Bingrong1
1.The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University,Nanjing 210029,China;2.Suzhou Nanomed Skincare Inc, Suzhou 215000,China

Objective In order to determine the degree ofacute skin damage and the time required for the recovery of facial skin barrier function after the skin was treated with microneedles and nanochips of various tip lengths.M ethods For this split face comparative study,a total of 16 subjectswere enrolled and radom ly divided into 2 groups.In the firstgroup,one of the facialsidesofeach subjectwas treated with 0.25mm long nanotips for 6 timeswhile the other facialsidewas treated with 0.25mm traditionalmicroneedleswith a straightblade for 6 times.In the second group,one of the facialsidewas treated with 0.5mm nanotips for6 timeswhile the other facialsidewas treated with 0.5mm traditionalmicro-needleswith a straightblade for6 times.Evaluations for trans-epidermalwater loss（TEWL）,skin hydration and erythemawere carried outatbaseline,0, 4,8,24,48 and 72 hours after the treatment.Results There was no significant difference in TEWL,skin hydration and erythema between the two facial sides of the subjects in group onewho were treated with 0.25mm nanochips and traditional micro-needles.However in the subjects of group two,themean TEWL of the facial side treated with 0.5mm nanochipswas relatively lower than thatof the0.5mm traditionalmicro-needles treated facialside at0,4,8 and 24 hoursafter the treatment. Mean erythema of the facial side treated with 0.5mm nanochipsmicro-needleswas also relatively lower than thatof the 0.5 mm traditionalmicro-needles treated facial side at 8 hours after the treatment.Rapid recovery of skin barrier function was observed within 4 to 8 hours after treatmentwith various lengthsofnanochipswhile it took at least48 to 72 hours for recovery of skin barrier function after treatmentwith various lengths of traditionalmicro-needles asmeasured by TEWL.Conclusion The skin disruption caused by nanotips treatment recovers quicker than the traditional microneedle treatment at equal lengthes.

Nanotips;Skin barrier function;Trans-epidermalwater loss;Skin hydration;Erythema

R751

A

1672－0709（2017）01-0011－05

2016-04-08）

駱丹，E-mail:daniluo2005@163.com