水凝胶装置实现核酸无痛经皮递送

核酸（Nucleic acid）药物是近二十年间的研究焦点，它们在治疗和疫苗方面展现出巨大的潜力。在新型冠状病毒病（COVID-19）大流行期间，基于核酸的疫苗迅速发展和应用，充分展现出惊人的效力。然而，由于缺乏高效和无痕的体内基因递送技术，核酸药物在诱导治疗性免疫反应的效果上仍然有限。

由香港城市大学（城大）生物医学工程学系的史鹏教授领导的一项最新研究，开发出一种基于水凝胶的多功能有机电子装置以解决这个难题。这个创新的装置能实现经皮递送核酸和体内微阵列细胞电穿孔，为临床免疫治疗提供一个极具前景的一步式、自我管理及无痛的经皮基因传递解决方案。

史教授指出此技术的变革潜力，他说：「这项技术可以改变基于核酸的疗法在人体中的应用，利用免疫系统作为治疗不同疾病的工具，包括癌症。」

这项技术的独特之处在于其无痕方法，它提供了一种简单且高效的方法，将脱氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）引入人体，而不会留下任何额外的试剂。这种方法在不需要全身给予大量核酸的情况下，对皮下免疫细胞进行基因工程，以达到治疗目的。

「这项研究最具挑战性的部分是开发一种基于水凝胶的电子装置，将多种功能整合到一个统一的结构中。」 史教授续说：「该装置进行皮肤穿透、DNA封装和释放、以及细胞电穿孔的程序化连续操作。」

这项研究有望通过一种无痛的解决方案，即佩戴可穿戴的皮肤电子贴片，彻底改变核酸疫苗的递送方式。该创新技术利用导电水凝胶，制造预先加载了编码癌症特异性抗原蛋白的DNA的微型电极。当电极压在皮肤上时，它们会穿透表层，重新水化，并通过电触发将DNA释放到皮下空间。

然后，装置随后按程序施加电脉冲，以实现树突状细胞中高效的DNA转染，激活针对癌症的适应性免疫。这种方法在啮齿动物模型中，已显示出无论在治疗和预防模式下，有效抑制肿瘤生长。

除了癌症免疫疗法，该技术也可套用在各种DNA和RNA为基础的治疗上，包括传染病的疫苗和遗传性疾病的基因疗法。研究团队计划进一步优化设备，扩大其应用范围，并探索其在治疗不同类型的癌症和其他疾病上的效用。这项开创性的研究为基于核酸药物的应用开辟了新的道路，有望革新治疗和预防性医疗的格局。

研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，题为“Transdermal microarrayed electroporation for enhanced cancer immunotherapy based on DNA vaccination”。

本论文的共同第一作者是来自城大的王媛博士和屈锦博士，通讯作者是史鹏教授。该研究获得香港城市大学和在InnoHK及香港研究资助局下的香港心脑血管健康工程研究中心（COCHE）的资助支持。

如有查询，欢迎联络城大生物医学工程学系史鹏教授（电邮：pengshi@cityu.edu.hk）。