Digital automation of transdermal drug delivery with high spatiotemporal resolution.
Digital automation of transdermal drug delivery with high spatiotemporal resolution.
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DOI：
10.1038/s41467-023-44532-0
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发表时间：
2024-01-13
影响因子：
16.6
通讯作者：
Bai, Wubin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Yihang;Chen, Zeka;Davis, Brayden;Lipman, Will;Xing, Sicheng;Zhang, Lin;Wang, Tian;Hafiz, Priyash;Xie, Wanrong;Yan, Zijie;Huang, Zhili;Song, Juan;Bai, Wubin
药物经皮给药在医学治疗中具有重要意义。然而，使用者对长期重复给药的坚持构成了一个巨大的挑战。此外，动态和不可预测的疾病进展需要一种可以实时主动控制的药物治疗，以确保医疗精确度和个性化。在这里，我们报道了一种时空按需贴片(SOP)，它将载药微针与生物相容的金属膜结合在一起，实现了对药物释放的电触发主动控制。对药物释放到目标位置的精确控制(<；1 mm~2)，对电动扳机的快速药物释放反应(<；30 S)，以及涉及药物释放和电刺激的多模式操作，突出了新颖性。基于解决方案的制造确保了高度的可定制性和可伸缩性，以根据不同的制药需求定制SOP。无线供电和数字控制的SOP在实现药物输送的全自动化方面展示了巨大的前景，在确保医疗精度的同时提高了用户的依从性。基于这些特点，我们将SOP应用于睡眠研究。我们发现，SOP中外源褪黑素的程序性释放可以改善小鼠的睡眠，这表明了其在基础研究和临床治疗方面的潜在价值。能够主动解决单个针头的微针贴片实现起来具有挑战性。在这里，作者介绍了一种时空按需贴片，利用载药微针和生物兼容金属膜的电触发控制，实现了精确和个性化的药物输送。
Transdermal drug delivery is of vital importance for medical treatments. However, user adherence to long-term repetitive drug delivery poses a grand challenge. Furthermore, the dynamic and unpredictable disease progression demands a pharmaceutical treatment that can be actively controlled in real-time to ensure medical precision and personalization. Here, we report a spatiotemporal on-demand patch (SOP) that integrates drug-loaded microneedles with biocompatible metallic membranes to enable electrically triggered active control of drug release. Precise control of drug release to targeted locations (<1 mm2), rapid drug release response to electrical triggers (<30 s), and multi-modal operation involving both drug release and electrical stimulation highlight the novelty. Solution-based fabrication ensures high customizability and scalability to tailor the SOP for various pharmaceutical needs. The wireless-powered and digital-controlled SOP demonstrates great promise in achieving full automation of drug delivery, improving user adherence while ensuring medical precision. Based on these characteristics, we utilized SOPs in sleep studies. We revealed that programmed release of exogenous melatonin from SOPs improve sleep of mice, indicating potential values for basic research and clinical treatments. Microneedle patches that can actively address individual needles are challenging to realize. Here, the authors introduce a spatiotemporal on-demand patch for precise and personalized drug delivery, utilizing electrically triggered control with drug-loaded microneedles and biocompatible metallic membranes.
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