臨床上，光熱治療的原理在于利用光熱轉(zhuǎn)換材在腫瘤內(nèi)的局部激活，進(jìn)而誘導(dǎo)熱力殺傷。這種療法常被用于淺表皮膚癌、乳腺癌等腫瘤的治療。

（來源：Journal of Controlled Release）

然而，光熱轉(zhuǎn)換材的潛在毒性、對(duì)于特定復(fù)雜儀器的需求（近紅外光源）、以及時(shí)空精準(zhǔn)性的不足，制約著光熱治療的臨床效果。

為了克服常規(guī)臨床方案的不足，以及改善局部難以觸及皮下腫瘤的痛點(diǎn)，課題組基于前期在生物醫(yī)用器件領(lǐng)域的積累，以自熱火鍋水熱系統(tǒng)和智能仿生刺形結(jié)構(gòu)為啟發(fā)，通過改良自熱火鍋加熱包的配方，并將其整合于特殊設(shè)計(jì)的凹槽結(jié)構(gòu)微針基底上，在少量液態(tài)水的作用之下，無需任何復(fù)雜設(shè)備即可觸發(fā)水熱反應(yīng)，進(jìn)而能夠誘使微針基底形成熱熔物。

在凹槽結(jié)構(gòu)的介導(dǎo)下，基于毛細(xì)作用可以向深部組織滲透，從而遞送臨床藥物多烯紫杉醇（Docetaxel，DTX）。

此外，為了輔助HRMAM系統(tǒng)更好地貼合于不同形態(tài)的腫瘤，該團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一種凸面貼合施藥器，三組扇形HRMAM貼片同時(shí)能嵌合于釋藥器之中，并能完美地附著于腫瘤表面。

最終結(jié)果顯示，在黑色素瘤和乳腺癌的動(dòng)物模型中，HRMAM系統(tǒng)分別取得75.11%和72.29%的腫瘤生長(zhǎng)抑制率，超越目前臨床用藥的局部直接遞送效率，具備較高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。

（來源：Journal of Controlled Release）

未來，隨著藥物濃度和水熱配方的進(jìn)一步改善，治療效果有望繼續(xù)得到提升。

另外，此次使用的微針材料主要是聚己內(nèi)酯（PCL，Polycaprolactone）,這是已被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA，F(xiàn)ood and Drug Administration）審批通過的生物醫(yī)用材料。

而此次使用藥物是多烯紫杉醇，這是一種臨床一線化療藥物，故能為后續(xù)的臨床轉(zhuǎn)化打下基礎(chǔ)。

同時(shí)，水熱反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物是簡(jiǎn)單的無機(jī)鹽，也能逐步被生物組織吸收，因此具備較好的生物安全性。

需要指出的是，HRMAM系統(tǒng)的面世為人們提供了一種高效的深層遞藥系統(tǒng)，不僅在難以觸及皮下腫瘤的治療中展現(xiàn)出較大潛力，并展現(xiàn)出深層滲透、時(shí)空可控性、個(gè)性化適應(yīng)性等特點(diǎn)，故有望用于需要高效局部給藥的病癥治療之中比如糖尿病、皮膚病、風(fēng)濕病等。

日前，相關(guān)論文以“Smart hydrothermally responsive microneedle for topical tumor treatment”為題發(fā)在Journal of Controlled Release期刊上（IF 10.8），許仁珪是第一作者，陳偉擔(dān)任通訊作者之一。華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)學(xué)王琳主任和王征醫(yī)生共同擔(dān)任通訊作者。

回到研究過程來說，在確定使用水熱觸發(fā)方式替代常規(guī)光熱觸發(fā)方式之后，課題組以市售自熱火鍋烹飪包為靈感來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。但是，假如直接使用自熱火鍋的原有配方，溫度高達(dá)90-100°C，會(huì)對(duì)皮膚造成燙傷。

為此他們對(duì)配方進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過多次嘗試后終于找到能將最高加熱溫度穩(wěn)定在50-60°C的組分配比，基于此該團(tuán)隊(duì)制成了微針的基底。

然后，選取玻璃轉(zhuǎn)化溫度在60°C的聚己內(nèi)酯材料來構(gòu)建微針，進(jìn)而載入藥物，最終實(shí)現(xiàn)了基于熱響應(yīng)性的藥物控釋。但是，常規(guī)微針無法有效地輔助基底上的熱熔組分進(jìn)入深層組織。為此，課題組設(shè)計(jì)了凹槽性微針，在毛細(xì)的作用之下，促進(jìn)基底熱熔物向深部擴(kuò)散。

（來源：Journal of Controlled Release）

完成HRMAM系統(tǒng)的構(gòu)建之后，仍舊難以將其牢固地貼合在存在一定曲率的腫瘤表面，并且僅憑一次治療無法有效地抑制腫瘤生長(zhǎng)。

于是，課題組研發(fā)出一種凸面貼合的施藥器，將HRMAM系統(tǒng)分為三組扇形貼片，逐一載入其中。在施藥器的輔助之下，HRMAM能夠很好地貼合于多種腫瘤表面。同時(shí)，三組扇形貼片能夠以較高的精準(zhǔn)性進(jìn)行獨(dú)立響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)空可控、多輪次“熱療-化療”的協(xié)同治療。

基于這一體系，以及華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院與協(xié)和醫(yī)院的資源，課題組即將與臨床醫(yī)生開展合作，進(jìn)一步推進(jìn)HRMAM系統(tǒng)的臨床轉(zhuǎn)化。

具體計(jì)劃有以下四點(diǎn)：第一，確證HRMAM系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全性；第二，進(jìn)一步優(yōu)化HRMAM的各組分配比，以便提高治療效果；第三，申請(qǐng)臨床試驗(yàn)，驗(yàn)證臨床療效；第四，與相關(guān)企業(yè)對(duì)接，推進(jìn)HRMAM系統(tǒng)的迭代升級(jí)與大規(guī)模生產(chǎn)。

（來源：Journal of Controlled Release）

另據(jù)悉，在回國(guó)加入華中科技大學(xué)之前，陳偉曾在美國(guó)三院院士、麻省理工學(xué)院羅伯特·蘭格（Robert S. Langer）教授課題組任研究科學(xué)家（Research Scientist）。

陳偉表示：“這是一段終生難忘的經(jīng)歷。Robert S. Langer教授是藥物遞送及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的創(chuàng)始人與奠基人之一。在Langer教授團(tuán)隊(duì)的工作經(jīng)歷，不僅使我在學(xué)術(shù)視野上得到了極大的提升，也讓我對(duì)于創(chuàng)新精神有了更深刻的理解?！?/p>

Langer教授說過：“我們大部分時(shí)候都是在嘗試回答別人提出的問題，但是有時(shí)候自己提出問題更有價(jià)值?！?/p>

“他的這些教誨指引我們要勇于創(chuàng)造性地探索最前沿、甚至是無人涉及的領(lǐng)域。如今，在我自己課題組的科研工作中，我們努力從臨床實(shí)踐和生活細(xì)節(jié)中尋求靈感，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)實(shí)際需求，努力探尋原創(chuàng)性的方法，推進(jìn)藥物遞送及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的發(fā)展?！标悅ケ硎?。

除此之外，Langer教授還是世界上引用最多的工程師，其團(tuán)隊(duì)的專利已經(jīng)授予400多家公司。陳偉繼續(xù)說道：“他的這些成就也指導(dǎo)著我們需要瞄準(zhǔn)轉(zhuǎn)化研究，將實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)變成真正能為人類造福的產(chǎn)品。這也是我們目前努力的方向，正如我自己實(shí)驗(yàn)室的名稱WeiChen-WorldChanging Lab一樣，我希望我們也能向Langer教授學(xué)習(xí)，做出更多可以改變世界的工作。”

目前，陳偉課題組主要研究目標(biāo)在于利用生物啟發(fā)技術(shù)，構(gòu)建藥物制劑以及智能器件，進(jìn)而用于疾病診斷治療的研究。

（來源：Journal of Controlled Release）

通過學(xué)習(xí)和借鑒自然界中存在生物原理，圍繞提升藥物遞送效率、提升病人依從性、以及增加生物樣本采樣準(zhǔn)確性等關(guān)鍵臨床問題，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)展出一系列的生物啟發(fā)型智能系統(tǒng)，舉例來說：

其一，通過模擬生物硬組織的形成，制備了仿生礦化藥物制劑，借此逆轉(zhuǎn)了腫瘤耐藥性；

其二，通過模擬生物自發(fā)驅(qū)動(dòng)，開發(fā)了生物表面修飾以及改性技術(shù)，讓生物體定向遷移特性的調(diào)控成為可能；

其三，通過模擬多刺生物的防御功能，構(gòu)建了血糖響應(yīng)型微針貼片，可以便捷、長(zhǎng)效地調(diào)控病人的血糖；

其四，通過模擬刺頭蠕蟲的寄生特性，研發(fā)了生物粘附型微針?biāo)幤尨蠓肿铀幬锏母咝Э诜f送得以實(shí)現(xiàn)；

其五，通過模擬鳥類舌尖采集食品的能力，發(fā)展了可富集病毒微針咽拭子，提高了新冠病毒檢測(cè)準(zhǔn)確性。

“目前，我們的成果已經(jīng)展現(xiàn)出較高的商業(yè)和臨床轉(zhuǎn)化潛力，并被糖尿病藥物公司諾和諾德邀請(qǐng)參與藥物制劑的研發(fā)，相關(guān)合作項(xiàng)目已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。”陳偉補(bǔ)充稱。

審核編輯：劉清