水凝膠裝置實現核酸無痛經皮遞送

核酸（Nucleic acid）藥物是近二十年間的研究焦點，它們在治療和疫苗方面展現出巨大的潛力。在新型冠狀病毒病（COVID-19）大流行期間，基於核酸的疫苗迅速發展和應用，充分展現出驚人的效力。然而，由於缺乏高效和無痕的體內基因遞送技術，核酸藥物在誘導治療性免疫反應的效果上仍然有限。

由香港城市大學（城大）生物醫學工程學系的史鵬教授領導的一項最新研究，開發出一種基於水凝膠的多功能有機電子裝置以解決這個難題。這個創新的裝置能實現經皮遞送核酸和體內微陣列細胞電穿孔，為臨床免疫治療提供一個極具前景的一步式、自我管理及無痛的經皮基因傳遞解決方案。

史教授指出此技術的變革潛力，他說：「這項技術可以改變基於核酸的療法在人體中的應用，利用免疫系統作為治療不同疾病的工具，包括癌症。」

這項技術的獨特之處在於其無痕方法，它提供了一種簡單且高效的方法，將脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA）引入人體，而不會留下任何額外的試劑。這種方法在不需要全身給予大量核酸的情況下，對皮下免疫細胞進行基因工程，以達到治療目的。

「這項研究最具挑戰性的部分是開發一種基於水凝膠的電子裝置，將多種功能整合到一個統一的結構中。」 史教授續說：「該裝置進行皮膚穿透、DNA封裝和釋放、以及細胞電穿孔的程序化連續操作。」

這項研究有望通過一種無痛的解決方案，即佩戴可穿戴的皮膚電子貼片，徹底改變核酸疫苗的遞送方式。該創新技術利用導電水凝膠，製造預先加載了編碼癌症特異性抗原蛋白的DNA的微型電極。當電極壓在皮膚上時，它們會穿透表層，重新水化，並通過電觸發將DNA釋放到皮下空間。

然後，裝置隨後按程序施加電脈衝，以實現樹突狀細胞中高效的DNA轉染，激活針對癌症的適應性免疫。這種方法在齧齒動物模型中，已顯示出無論在治療和預防模式下，有效抑制腫瘤生長。

除了癌症免疫療法，該技術也可套用在各種DNA和RNA為基礎的治療上，包括傳染病的疫苗和遺傳性疾病的基因療法。研究團隊計劃進一步優化設備，擴大其應用範圍，並探索其在治療不同類型的癌症和其他疾病上的效用。這項開創性的研究為基於核酸藥物的應用開闢了新的道路，有望革新治療和預防性醫療的格局。

研究成果已發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，題為"Transdermal microarrayed electroporation for enhanced cancer immunotherapy based on DNA vaccination"。

本論文的共同第一作者是來自城大的王媛博士和屈錦博士，通訊作者是史鵬教授。該研究獲得香港城市大學和在InnoHK及香港研究資助局下的香港心腦血管健康工程研究中心（COCHE）的資助支持。

如有查詢，歡迎聯絡城大生物醫學工程學系史鵬教授（電郵：pengshi@cityu.edu.hk）。