1.1 设计 载药微针制备、相关性能表征及体外细胞实验评估效能。
1.2 时间及地点 实验于2024年1月至2025年1月在贵州医科大学分子生物学重点实验及贵州医科大学口腔医学院头颈癌症分子研究重点实验室完成。
1.3 材料
1.3.1 实验材料与试剂 猪牙龈组织(兴旺屠宰场,中国);透明质酸、聚乙烯醇、亚甲基蓝(麦克林,中国);唑来膦酸、脂多糖(Sigma,美国);DMEM培养基、α-MEM 培养基、含乙二胺四乙酸的胰蛋白酶(Gibco,美国);胎牛血清(Biologial Industeries,以色列);活死细胞染色试剂盒(美伦生物,中国);抗酒石酸酸性磷酸酶染色试剂盒(索莱宝,中国)。
1.3.2 实验仪器 集热式磁力搅拌器(江苏科忻仪器,中国);光学显微镜(Leica,德国);高效液相色谱仪(岛津,日本);质构仪(上海腾拔,中国);Parafilm M膜(Parafilm;美国);锡箔纸(biosharp,中国);超声破碎仪(新芝生物科技有限公司,中国);倒置荧光显微镜(奥林巴斯,日本);聚二甲基硅氧烷模具(阵列规格10×10,贴片大小9 mm×9 mm,金字塔形针尖,针高600 µm,针底150 µm,针尖间距500 µm,厦门锲普医疗科技有限公司,中国);PCR测试系统(美国Bio-Rad)。
1.4 实验方法
1.4.1 载唑来膦酸可溶性微针的制备及形貌观察
基质溶液制备:将0.15 g透明质酸加入1 mL蒸馏水中搅拌均匀,于4 ℃冰箱静置半小时后,放入离心机中5 000 r/min离心5 min以去除气泡,获得微针针尖部基质溶液;将3 g聚乙烯醇加入20 mL蒸馏水中在室温下用磁力搅拌器(300 r/min)搅拌30 min,然后在90 ℃下搅拌(300 r/min)30 min至溶液完全澄清,完成微针背衬基质溶液的制备。
载唑来膦酸可溶性微针贴片的制备:将0.15 g透明质酸加入1 mL蒸馏水中混合均匀,分别加入1,5,10 mg唑来膦酸混合均匀,制备出不同药物含量的微针针尖基质溶液;将微针针尖基质溶液(约0.1 g)加入聚二甲基硅氧烷模具中,放入离心机中5 000 r/min离心5 min,将模具调转180°后再次5 000 r/min离心5 min,确保基质溶液完全进入模具孔隙中;将模具放入37 ℃烘箱中干燥60 min,干将200 µL聚乙烯醇基质溶液加入模具,室温干燥24 h后脱模,得到载1,5,10 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片,放入玻璃干燥皿内储存备用。同理制备不含唑来膦酸的空白可溶性微针贴片。
载唑来膦酸可溶性微针的形貌观察:将载唑来膦酸可溶性微针贴片放在载玻片上,用镊子夹取微针调整观察角度,对微针的俯视、倾斜45°及侧视3个角度进行光学显微镜观察,采集图片。
1.4.2 载唑来膦酸可溶性微针的载药量检测 修剪微针边缘,控制单片载1,5,10 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片的质量为0.01 g,置于1 mL PBS中,使用超声破碎仪作用30 s以充分溶解微针;将混合溶液放入离心机中5 000 r/min离心5 min,取上清溶液1 mL转移至色谱进样瓶内,采用高效液相色谱仪检测混合溶液中唑来膦酸含量,采用反向色谱法,流动相为乙腈和水溶液(8 mmol/L磷酸氢二钾、2 mmol/L磷酸氢二钠和7 mmol/L四正丁基硫酸氢铵,用氢氧化钠调节pH值为7.0),两者体积比为20∶80,室温下检测215 nm处的紫外光吸收信号[19]。
1.4.3 载唑来膦酸可溶性微针的机械穿透性能检测 由于唑来膦酸的加入可能会影响微针的机械强度,因此选择载药量最大的载10 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片进行后续机械强度、穿透性能及体外溶出度等检测。
载唑来膦酸可溶性微针的力学性能采用质构仪进行检测,质构仪圆柱形检测探针的速度为0.05 mm/s,触发力为0.02 N,将载唑来膦酸可溶性微针固定在检测平台上,针尖朝上,探针垂直向下按压微针,直到位移为600 µm时停止按压,记录整个过程的力与位移关系并绘制对应的力位移曲线。使用锡箔纸和猪牙龈组织评估载唑来膦酸可溶性微针的穿透能力,修剪微针边缘,用拇指将微针压入锡箔纸中,观察穿透孔洞的数量,初步评估微针的穿透能力;采用同样方法将微针压入猪牙龈组织中,按压30 s后取出贴片,用亚甲蓝溶液对微针作用部位进行染色30 min,染色完毕后用PBS冲洗过量染液,观察染色孔洞数量。
Parafilm M膜与猪皮具有较大的相似性,因此在检测透皮能力时常用Parafilm M膜作为插入测试的对象,一层膜的厚度大约为127 µm,可通过计算微针穿透膜的层数来大致推测微针穿透的深度。将Parafilm M膜折叠为8层厚度,拇指按压载唑来膦酸可溶性微针插入,镜下观察各层Parafilm M上微针穿透的孔洞,评估微针穿透深度。
1.4.4 载唑来膦酸可溶性微针的体外溶出度检测 将载唑来膦酸可溶性微针插入猪牙龈组织中,拇指按压载唑来膦酸可溶性微针插入,在不用时间点(30 s、1 min、5 min、10 min、20 min)取出微针,于光学显微镜下观察微针形态变化,拍照记录。
1.4.5 细胞培养 小鼠单核巨噬细胞白血病细胞RAW264.7(苏州海星生物科技有限公司)在含体积分数10%热灭活胎牛血清和1%双抗的高糖DMEM培养基中培养,培养环境为37 ℃、体积分数5%CO2的加湿空气中,隔天更换一次培养基。当细胞融合达到80%-90%时,通过吹打分离进行细胞传代培养或细胞冻存,选择10-30代细胞进行后续实验。
1.4.6 微针贴片浸提液的制备 前期预实验显示在1-5 µmol/L浓度范围内,唑来膦酸具备较好的生物安全性和骨吸收抑制能力,因此细胞实验选择最小载药量的载1 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片。
将载1 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片(或空白可溶性微针贴片)放入5 mL α-MEM基础培养基中,于37 ℃条件下放置24 h,使用0.22 µm过滤器对溶液进行过滤,完成微针浸提液的制备。将5 mL载1 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片浸提液加入45 mL α-MEM完全培养基(含体积分数10%胎牛血清、1%双抗)中,得到含微针浸提液的完全培养基(药物浓度约为3 µmol/L),置于4 ℃冰箱储存。同理制备含空白可溶性微针贴片浸提液的完全培养基。
1.4.7 载唑来膦酸可溶性微针贴片的生物安全性检测
CCK-8实验:将RAW264.7细胞以5×103/孔的密度接种于96孔板中,分3组培养:对照组加入100 µL α-MEM完全培养基,空白微针组加入100 µL含空白可溶性微针贴片浸提液的α-MEM完全培养基,唑来膦酸微针组加入100 µL含载唑来膦酸可溶性微针贴片浸提液的α-MEM完全培养基。培养24,48,72 h后,将培养基更换为含10%CCK-8溶液的α-MEM基础培养基,于37 ℃避光孵育2 h后在450 nm波长下检测吸光度值(A),计算细胞活力。空白组仅加入α-MEM基础培养基,无细胞、无微针浸提液。

活死细胞染色:将RAW264.7细胞以5×103/孔的密度接种于96孔板中,分3组培养:对照组加入100 µL α-MEM完全培养基,空白微针组加入100 µL含空白可溶性微针贴片浸提液的α-MEM完全培养基,唑来膦酸微针组加入100 µL含载唑来膦酸可溶性微针贴片浸提液的α-MEM完全培养基。培养24,48,72 h后,用活死细胞染色检测试剂盒对细胞进行染色,使用荧光显微镜在490 nm激发波长下同时观察活细胞(黄绿色荧光)和死细胞(红色荧光),使用545 nm激发波长单独观察死细胞,拍照记录,使用Image J软件对图像荧光强度进行定量分析。
1.4.8 载唑来膦酸可溶性微针贴片对破骨细胞分化的影响
抗酒石酸酸性磷酸酶染色:将RAW264.7细胞以1×103/孔的密度接种于96孔板中,分3组培养:空白组加入100 µL α-MEM完全培养基,脂多糖组加入100 µL 含100 ng/mL脂多糖的α-MEM完全培养基诱导破骨分化[7],唑来膦酸微针组加入100 µL含100 ng/mL脂多糖与载1 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片浸提液的α-MEM完全培养基,隔天换液。培养4 d后,按照说明书使用抗酒石酸酸性磷酸酶染色试剂盒对细胞进行染色,于光学显微镜下观察并拍照记录,随机挑选6个视野对破骨细胞进行计数统计。
RT-qPCR检测破骨活性相关基因表达:将RAW264.7细胞以1×105/孔的密度接种于6孔板中,分3组培养:空白组加入2 mL α-MEM完全培养基,脂多糖组加入2 mL含100 ng/mL脂多糖的α-MEM完全培养基,唑来膦酸微针组加入2 mL含100 ng/mL脂多糖与载1 mg/mL唑来膦酸可溶性微针贴片浸提液的α-MEM完全培养基,隔天换液。培养72 h后,根据说明书用RNA提取试剂盒提取总RNA,检测浓度后,将1 000 ng RNA反转录为cDNA,最后在PCR测试系统(美国Bio-Rad)上进行qPCR反应,检测条件95 ℃30 s,用于cDNA变性;然后在95 ℃5 s和60 ℃30 s重复40个循环,记录荧光强度变化,引物序列见表1,使用2-ΔΔCt方法计算目的基因的相对表达。
1.5 主要观察指标 载唑来膦酸可溶性微针的形貌、穿透强度、载药量、体外溶出度及体外生物安全性,载唑来膦酸可溶性微针贴片在体外炎性微环境下对RAW264.7细胞破骨分化的影响。
1.6 统计学分析 使用GraphPad Prism 8.0软件对数据进行分析和绘图,实验数据以x±s表示,多组独立样本间差异比较首先检验正态分布和方差齐性,符合正态分布并且方差齐使用单因素方差分析,若不满足正态分布或方差不齐改用Kruskal-Wallis检验。该文统计学方法已经贵州医科大学生物统计学专家审核。