纳米微针对人皮肤屏障功能及红斑的影响

陶艳玲，苗颖颖，吴婷妍，刘娟，许阳，徐百，骆丹，周炳荣

（1南京医科大学第一附属医院，南京 210029；2苏州纳通生物纳米技术有限公司，苏州 215000）

·论著·

纳米微针对人皮肤屏障功能及红斑的影响

陶艳玲1，苗颖颖1，吴婷妍1，刘娟1，许阳1，徐百2，骆丹1，周炳荣1

（1南京医科大学第一附属医院，南京 210029；2苏州纳通生物纳米技术有限公司，苏州 215000）

目的 研究纳米微针处理对面部皮肤屏障功能及红斑的影响。方法 募集16例临床受试者，随机分为2组，每组8例。1组受试者随机一侧面颊部使用针长为0.25mm的纳米微针处理6遍，另一侧使用针长为0.25mm的传统微针处理6遍；另1组受试者随机一侧面颊部使用针长为0.5mm的纳米微针处理6遍，另一侧使用针长为0.5 mm的传统微针处理6遍。在处理前、处理后即刻、处理后4、8、24、48、72 h分别检测经皮水分丢失（Trans-epidermal water loss，TEWL）、角质层含水量及红斑量。结果 经针长为0.25mm的纳米微针和传统微针处理后，两侧面颊部TEWL、角质层含水量和红斑量数值均无显著性差异。针长为0.5mm的纳米微针和传统微针处理后，在处理后即刻、4、8、24 h时点上，纳米微针侧TEWL数值显著低于传统微针侧；在处理后8 h时点上，纳米微针侧红斑量数值显著低于普通微针侧。不同针长的纳米微针在处理后4～8 h内TEWL、角质层含水量、红斑量均能恢复至基线水平。而传统微针侧，皮肤处理后48～72 h内TEWL、角质层含水量、红斑量才能恢复至基线水平。结论 与相同针长的传统微针治疗相比，纳米微针处理后对皮肤屏障功能的影响较小，并且恢复更快。

纳米微针；皮肤屏障；经皮水分丢失；红斑；角质层含水量

目前常用的经皮给药技术有激光、离子导入、超声波、微针及化学促渗剂等[1-2]。国内外常用的传统微针是由硅、金属、高分子聚合物和玻璃等材料通过微电子制造技术或微铸模技术制成的。实际应用的微针是由几十或几百个规则排列的微针阵列与一个支撑微针的基座构成。针的直径为30～80 μm，长度为几百微米到几毫米不等。Henry等[3]使用微针处理皮肤表层，使药物沿着由微针产生的微孔道直接进入皮肤，达到促进药物渗透的作用。但是，这种方法在促进药物吸收的同时会引发一些因皮肤功能受损而产生的弊端，比如治疗时疼痛明显、术后红肿、易感染等。

近年来研发成功的纳米微针是新兴的皮肤促渗技术，由纯度达到99．999 9%的单晶硅制成，顶部直径仅为头发直径的千分之一，远远小于传统微针，而纳米芯片上微针的针头密度明显高于传统微针。已经有研究报道，通过纳米微针的处理，可更有效地将药剂、疫苗或美容活性成分通过皮肤有效地递送入皮肤表真皮层[4]。但是关于纳米微针对人皮肤生理功能的影响尚未见报道。在本研究中，笔者使用两种不同深度的纳米微针处理受试者面颊部皮肤，并与传统微针作对比，观察其对皮肤经皮水分丢失（Trans-epidermalwater loss，TEWL）、角质层含水量及红斑量的影响。

1 资料与方法

1.1 受试者资料 共募集16例健康志愿者，皮肤类型为FitzpatrickⅢ-Ⅳ型，年龄23～27岁，其中男3例，女13例。纳入标准：①自愿参加本试验；②了解试验的目的、过程；③同意进行皮肤检测。排除标准：受试部位曾经接受微针处理者、皮肤肿瘤、妊娠妇女、精神异常、有日光暴晒史、有光敏药物服用史、有荨麻疹和出血倾向病史的患者。每位志愿者试验前均签署参与试验知情同意书。该项研究经由南京医科大学第一附属医院伦理委员会批准。

1.2 本研究中采用的微针相关信息 传统微针：本研究中采用了两种不同针长（0．25mm和0．5mm）的直插式实心传统微针（购自广州意凯电子科技公司）。其中针长为0．25mm的微针：基座面积2 cm2，针数量32个，微针直径0．07mm，阵列高度0．25mm，锥度60°，批号：050922。针长为0．5mm的微针：基座面积2 cm2，针数量32个，微针直径0．07mm，阵列高度0．5mm，锥度60°，批号：050922。

纳米微针：本研究中采用了2种不同针长（0．25mm和0．5mm）的实心纳米微针。纳米微针由一个微针阵列芯片黏贴于塑料水晶头上而组成，由苏州纳通生物纳米技术有限公司提供。其中针长为0．25mm的纳米微针：芯片长3mm，宽3mm，厚0．4mm，点阵数量36个；阵列高度0．25mm；锥度40°，批号：251022-2。针长为0．5mm的纳米微针芯片长3mm， 3mm，厚0．4mm，点阵数量16个；阵列高度0．5mm；锥度40°，批号：251022-2。

1.3 分组处理方法 16例受试者随机分为2组，每组8例。1组受试者随机一侧面颊部（嘴角平行线与外侧眼角垂直线交叉的内侧区域）使用针长为0．25mm的纳米微针处理6遍，另一侧面颊部使用针长为0．25mm的传统微针处理6遍；另1组受试者随机一侧面颊部使用针长为0．5mm的纳米微针处理6遍，另一侧使用针长为0．5mm的传统微针处理6遍。在处理前、处理后即刻、处理后4、8、24、48、72 h分别检测微针处理部位的TEWL、角质层含水量及红斑量。

1.4 皮肤生理指标检测 测量条件：测试时间为每天上午8：00～10：00。室内无阳光直射，无风，室温23℃，湿度50%～60%。受试者面部清洁后不使用任何化妆品，在测试前30min进入房间内静坐。采用无创性皮肤生理功能检测技术，TEWL应用TewameterTM仪（Co urega+Khazaka，德国）测量[单位：g/（h·cm2）]，接触待测部位，按下按钮，待测试值出现平均值读数时，关掉按钮，测量3次，取均值。角质层含水量应用Corneometer TM仪（Courega+ Khazaka，德国）测量（以百分比表示），接触待测部位，测量5次，取均值。红斑量用黑色素和血红素测试探头Mexameter MX18(Courega+Khazaka，德国)测定，测量5次，取均值。测量时保持仪器探头与表面皮肤垂直，避免头发及其他物品覆盖，接触待测部位。

1.5 数据分析 使用SPSS软件17．0版本。采用趋势检验分析指标变量在整个时间、区间内的变化趋势，采用独立t检验分析不同时间点2组的差异，P＜0．05被认为有统计学意义。

2 结果

2.1 TEWL 针长均为0．25mm的传统微针和纳米微针处理后TEWL在不同时间段的变化曲线图，见图1A。与治疗前TEWL数值相比，纳米微针侧仅在处理后即刻与之差异有统计学意义（#P＜0．05）；而在传统微针侧，则在处理后即刻、4、8 h时点上TEWL与处理前数值差异有统计学意义（#P＜0．05）。

针长均为0．5mm的传统微针和纳米微针处理后TEWL在不同时间段的变化曲线图，见图1B。2组处理后即刻TEWL均值达到最高峰，在处理后即刻、4、8、24 h时点上，纳米微针侧TEWL数值显著低于传统微针侧（*P＜0．05）。与治疗前TEWL数值相比，纳米微针侧仅在处理后即刻、4 h与之差异有统计学意义（#P＜0．05）；而在传统微针侧，则在处理后即刻、4、8、24 h时点上TEWL与处理前数值差异有统计学意义（#P＜0．05）。

2.2 角质层含水量 针长均为0．25mm的传统微针和纳晶微针处理后角质层含水量在不同时间段的变化曲线图，见图2A。与治疗前角质层含水量数值相比，纳米微针侧仅在处理后即刻、4 h与之差异有统计学意义（#P＜0．05）；而在传统微针侧，则在处理后即刻、4、8、24 h时点上角质层含水量与处理前数值差异有统计学意义（#P＜0．05）。

针长均为0．5mm的传统微针和纳晶微针处理后角质层含水量在不同时间段的变化曲线图，见图2B。经过处理后，传统微针侧角质层含水量在各时间点均值均低于纳米微针侧。与治疗前角质层含水量数值相比，纳米微针侧仅在处理后即刻和处理后4 h与之差异有统计学意义（#P＜0．05）；而在传统微针侧，则在处理后即刻、4、8、24、48 h时点上角质层含水量与处理前数值差异有统计学意义（#P＜0．05）。

2.3 红斑量 针长均为0．25mm的传统微针和纳晶微针处理后红斑量在不同时间段的变化曲线图，见图3A。与治疗前红斑量数值相比，纳米微针侧仅在处理后即刻和处理后4 h与之差异有统计学意义（#P＜0．05）；而在传统微针侧，则在处理后即刻、4、8 h时点上红斑量与处理前数值差异有统计学意义（#P＜0．05）。

针长均为0．5mm的传统微针和纳晶微针处理后红斑量在不同时间段的变化曲线图，见图3B。在处理后8 h时点上，纳米微针侧红斑数值显著低于传统微针侧（*P＜0．05）。与治疗前红斑量数值相比，纳米微针侧仅在处理后即刻和处理后4 h与之差异有统计学意义（#P＜0．05）；而在传统微针侧，则在处理后即刻、4、8、24、48 h时点上红斑量与处理前数值差异有统计学意义（#P＜0．05）。

3 讨论

图1 不同针长的传统微针和纳晶微针处理后TEWL在不同时间段的变化曲线图

图2 不同针长的传统微针和纳晶微针处理后角质层含水量在不同时间段的变化曲线图

目前，已有较多报道微针用于疫苗、蛋白质和多肽类等大分子药物经皮给药的研究[5-7]，但是，对微针作用后的皮肤生理功能的改变，以及其对皮肤刺激性的研究相对较少。Han等[8]曾对某传统微针系统进行了临床测试，分别用针长分别为0．15和0．25mm的微针处理受试者的面部5或10次，在处理后即刻、处理后4、8、24 h和3 d分别测定TEWL和角质层含水量，并观察皮肤红斑现象。结果发现，经由微针处理后升高的皮肤屏障受损指标均能够在处理后72 h内完全恢复。尹璐等[4]曾对纳米微针的皮肤促渗作用及安全性进行试验研究。该研究中选用针长为0．15mm的纳米微针，结果证实纳米微针可在皮肤表层形成给药通道，该通道在20min左右即可闭合。根据前期研究者的经验，笔者将皮肤生理功能指标检测时间点定于处理后72 h以内。此外，笔者前期进行的预试验中，前臂皮肤接受0．5mm普通微针处理10遍后，皮肤出现明显的灼热、疼痛等皮肤刺激现象，而处理3遍后皮肤生理功能指标的变化并不明显。出于对受试者的保护，结合文献中的处理方法，本试验中笔者采用每种深度的微针共处理6遍的研究方案。

图3 不同针长的传统微针和纳晶微针处理后红斑量在不同时间段的变化曲线图

采用TEWL和角质层含水量是多角度评价皮肤屏障功能的经典方法[9-10]。皮肤屏障是皮肤抵抗外界日光、病原微生物侵袭，防止体内水分及营养物质丢失，维持皮肤正常生理功能的基础。本试验发现，2种微针处理后即刻TEWL和角质层含水量均瞬间达到峰值，提示微针破坏皮肤表层造成了皮肤屏障功能的紊乱。但是，针长为0．5mm的纳米微针造成TEWL峰值均低于同针长传统微针，这表明尽管纳米微针的针头密度远远高于传统微针，但是其造成的皮肤屏障功能受损却远小于传统微针。此外，本研究的数据表明，不同针长纳米微针侧TEWL均能在4～8 h内完全恢复至基线水平，而传统微针处理侧24～48 h TEWL才能恢复至基线水平。监测角质层含水量指标，与TEWL指标有类似趋势：纳米微针处理后8 h角质层含水量均恢复处理前水平；传统微针侧恢复正常水平的时间约为48～72 h。上述结果提示，经由纳米微针处理后，皮肤屏障受损的恢复时间亦短于传统微针。Aggarwal等[11]认为微针在刺人过程中主要受到包括轴向压力及弯折力、皮肤抵抗力等5种皮肤阻力；郑静楠等[12]认为微孔尺寸大小与微针刺入后移除时间呈正相关。笔者推测，由于纳米微针的针头锥度较小，直径较小，在处理皮肤组织时，其造成角质形成细胞的挤压破坏力弱于传统微针，故对皮肤屏障的影响较小，恢复更快。有研究提示纳米微针造成的微孔在术后20min内闭合[4]，本研究中皮肤屏障功能的恢复时间较之更久，提示形态学上皮肤微孔的恢复并不完全代表皮肤生理功能的恢复。皮肤屏障功能受损，使在皮肤表面定植的微生物极易容易从微孔进入组织，导致感染、红肿的发生。已经有研究发现，纳晶微针可促进大分子和纳米颗粒药物的透皮吸收[4]。而其处理后屏障功能的恢复更迅速的特质，可在达到促进药物吸收效果的同时，大大降低了皮肤感染、红肿的可能。

红斑量是用于评价皮肤刺激性的常用指标之一。本研究结果提示，与传统微针侧相比，纳晶微针侧红斑量显著低下，并且在8 h内红斑量恢复至基线水平；而传统微针侧恢复时间约为24～72 h。红斑是反映皮肤炎症的客观指标之一，角质形成细胞受外界刺激后，可产生多种细胞因子，如白细胞介素α等。随后这些细胞因子的级联反应导致了真皮血管扩张和表皮层的细胞炎症反应，细胞也是以这样方式修复受损的细胞屏障，因此适度的炎症反应有利于创面愈合[13]。由于纳米微针造成的皮肤屏障受损较轻，并且恢复更快，故导致的皮肤炎症修复反应亦较轻，这些推测均提示了纳米微针对皮肤的刺激性弱于传统微针。

综上所述，笔者的研究提示，纳晶微针处理后皮肤屏障功能受损较传统微针更小，恢复更快，皮肤刺激性更低，更适合用于透皮给药技术。但试验方案尚存不足，如只观察了两种长度的针型，尚不能全面对比两种微针的治疗反应；并未在透皮给药的情境下，观察纳米微针对皮肤生理功能的影响，此外，评价方法也较为局限，尚需要在进一步的研究中予以加强。

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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）

骆丹，E-mail:daniluo2005@163.com