病灶定位治疗在医学治疗中发挥着重要作用。它可以将药物精确定位到病灶并产生富集作用，大大提高药效的同时显着降低治疗引起的副作用。然而，一些组织或器官带有的物理屏障极大地阻碍了病灶定位治疗的实施。因此，设计一种能够有效穿透各种组织器官的物理屏障，实现病灶内准确定位的给药系统，是一个亟待解决的重大问题。中国针灸（CA）是中医中最为成熟的病灶定位疗法，已在临床上应用了数千年，对它的进一步发展可以根据不同疾病的微环境进行病灶定位治疗。

图1：病灶定位治疗示意图

上海交通大学医学院附属瑞金医院的崔文国教授团队设计了一种尖端螺纹结构的针灸针（ST针）和具有粘附金属和负载并缓释药物功能的水凝胶。通过ST针的旋转，水凝胶被精确定位在有软骨作为物理屏障的骨中，以实现病变的精确定位治疗。体外实验表明，ST针能穿透软骨的物理屏障，进入软骨下的骨中。同时，由于螺纹结构的保护作用，ST针的水凝胶转移效率（73.25%）明显高于普通针灸针（CA针）（29.92%）。体内实验表明，ST针在骨关节炎大鼠软骨下骨的精确定位可有效抑制异常的软骨下的骨重塑，减轻软骨的恶化和降解。该研究以题为“Transporting Hydrogel via Chinese Acupuncture Needles for Lesion Positioning Therapy”发表在《Advanced Science》上。

【ST针的设计及水凝胶的合成和加载】

传统的针灸针尖锋利、光滑，没有特殊的结构来固定水凝胶。为了使传统针灸针能够加载水凝胶，作者在针尖设计了一种螺纹结构，选择了314医用不锈钢作为ST针的材质，直径为0.25毫米，间距为0.9毫米，凹槽深度为0.05毫米。可以根据实际需要进行更改这些参数。

同时设计了一种可以附着在金属上的水凝胶，实现药物的长效缓释。通过透明质酸和甲基丙烯酰基的化学结合制备了HAMA；在多巴胺上修饰甲基丙烯酰基得到DMA。薄膜法制备了大小均匀的载药脂质体，添加到DMA和HAMA的混合溶液中，经过光交联反应后，脂质体与固化的水凝胶牢固结合。该Lipo@DMA@HAMA复合水凝胶材料具有良好的缓释效果，第5天有约50%的药物释放。同时，药物的释放能持续约3周。因此，Lipo@DMA@HAMA复合材料具有理想的缓释性能。

图2：CA针和ST针的特性

图3：水凝胶改性 ST 针的演示

【ST针穿透软骨释放水凝胶】

选取临床上最常见于关节疾病的三个关节软骨面：股骨髁、胫骨平台和距骨，验证ST针可广泛应用于多部位关节疾病的精准治疗。ST针和CA针在股骨、胫骨和距骨软骨中的穿透深度都超过了软骨的厚度。这表明微针尖端的螺纹并未削弱ST针穿透物理屏障的能力。螺纹凹槽很好地固定水凝胶，使水凝胶涂层可以到达软骨下的骨中，吸收水分后在体液中膨胀并牢固地粘附在骨上。随着ST针的旋转和后退，水凝胶留在软骨下的骨中。

图4：ST针运输水凝胶至软骨下的骨中

【ST针定位治疗减轻软骨下骨损伤】

为了研究Lipo@DMA@HAMA在软骨下骨中的长期保留，用荧光染料Cy-7标记了脂质体。直接荧光染料关节腔注射的对照组荧光在前2天强度急剧下降，第2天测得的荧光强度仅为第1天的百分之一左右，说明游离药物在关节腔内的滞留效果较差。而Lipo@DMA@HAMA水凝胶的荧光强度下降非常缓慢，到第三周时为~50%，并且荧光信号保持了1个多月，表明Lipo@DMA@HAMA水凝胶具有优异的软骨下骨滞留效果，保证药物的长期缓释。建立骨关节炎大鼠模型，使用装有药物水凝胶的ST针对骨关节炎大鼠进行病灶定位治疗，在4周和8周时进行了采样。结果显示，装有药物水凝胶的ST针对骨关节炎大鼠进行软骨下骨病变定位治疗可显著改善软骨下骨的异常重塑。

图5：使用ST针治疗骨关节炎大鼠

【小结】

综上所述，本研究创新设计了带有尖端螺纹结构的针灸针。它能够有力地突破物理障碍，实现病灶的微创和病灶定位。并通过聚合物界面相互作用实现了螺纹负载水凝胶，利用水凝胶的螺纹槽结构和干湿转化，成功地将载药凝胶输送到病灶内并持续释放药物。ST针定位治疗的显着疗效在骨关节炎大鼠模型中得到进一步验证，在软骨下的骨中实现精确定位，抑制了异常细胞因子的分泌，促进间充质干细胞向软骨缺损的迁移，从而修复软骨。该ST针和水凝胶系统可以极大地扩展精准定位治疗的临床应用，有望用于临床转化。