Postoperative metastatic recurrence and wound infection pose significant threats to survival after breast cancer (BC) surgery. To address these challenges, an ideal therapeutic strategy should incorporate minimally invasive multifunctional biomaterials capable of simultaneously preventing tumor recurrence and promoting wound healing. Herein, we report a novel 2-stage microneedle (MN) platform engineered via the integration of nanotechnology and tumor-microenvironment-responsive design. This system is fabricated using a stepwise casting strategy and features tip-to-base architecture equipped with on-demand smart nanocarriers for synergistic therapy against postoperative BC recurrence and wound complications. The MN consists of a photo-crosslinked hydrogel tip encapsulating chitosan-based self-assembled nanocarriers and a gelatin–polydopamine hydrogel backing layer. Owing to its hierarchical structural design, the MN exhibits excellent mechanical strength with a compression force of up to 4.48 N per needle, sufficient for efficient skin penetration. Moreover, the platform demonstrates sustained pH-responsive behavior and specific tumor microenvironment targeting, enabling controlled drug release. The MN also displays outstanding biocompatibility and multifunctional therapeutic properties, including antibacterial adhesion, self-healing capability, swelling performance, and biodegradability, greatly broadening its potential as a precision medicine tool. Both in vitro and in vivo studies validated the robust and integrated therapeutic efficacy of the MN system in suppressing metastatic BC recurrence and enhancing infected wound healing. This work provides a significant advance in the design of smart 2-stage MNs with comprehensive functionality for minimally invasive adjuvant therapy after BC surgery.
乳腺癌术后转移性复发和伤口感染严重威胁患者生存率，构成了临床治疗的重大挑战。理想的 therapeutic strategy 需要结合微创多功能生物材料，能够同时预防肿瘤复发并促进伤口愈合。本研究旨在开发一种新型的两阶段微针平台，通过整合纳米技术与肿瘤微环境响应设计，解决上述问题。该平台的构建目标是实现术后辅助治疗中的精准给药与组织修复双重功能，以应对乳腺癌手术后的复杂并发症，为临床提供新的微创解决方案。
该平台采用分步铸造策略制造，具有从尖端到基底的层级架构设计。其核心由光交联水凝胶尖端和明胶-多巴胺水凝胶 backing layer 组成。尖端部分封装了基于壳聚糖的自组装纳米载体，这些智能纳米载体能够响应特定的肿瘤微环境信号。这种独特的结构设计不仅赋予了微针优异的机械强度，使其单根抗压能力高达4.48 N，足以有效穿透皮肤屏障，还实现了药物在特定部位的按需释放机制，确保了治疗的高效性与靶向性。
实验结果表明，该微针系统表现出显著的pH响应行为和特异性肿瘤微环境靶向能力，能够实现对药物的可控释放。体外和体内研究验证了该系统在抑制转移性乳腺癌复发和增强感染伤口愈合方面的稳健疗效。此外，该平台展现出卓越的生物相容性及多种治疗特性，包括抗菌粘附、自修复性能、溶胀能力和可生物降解性。这些多功能特性使其成为一种极具潜力的精准医疗工具，能够有效协同对抗术后肿瘤复发与并发症。
本工作为设计具有全面功能的两阶段智能微针提供了重要进展，代表了乳腺癌术后微创辅助治疗领域的显著突破。尽管该研究在体外和动物模型中展示了优异性能，但仍需进一步探索其在大规模临床应用中的长期安全性及标准化生产流程。未来的研究工作将聚焦于优化纳米载体的负载效率、扩展其针对其他类型肿瘤的适用性，并开展更大规模的临床试验以验证其广泛的治疗潜力。这一平台为术后综合治疗策略的开发开辟了新的方向。
La récidive métastatique postopératoire et les infections de plaie constituent des menaces majeures pour la survie après une chirurgie du cancer du sein (CCS). Pour relever ces défis, une stratégie thérapeutique idéale doit intégrer des biomatériaux multifonctionnels peu invasifs capables de prévenir simultanément la récidule tumorale et de favoriser la cicatrisation. Cette étude rapporte une nouvelle plateforme d'aiguilles microneedles (MN) à deux étapes, conçue grâce à l'intégration de nanotechnologies et d'un design responsive au microenvironnement tumoral. L'objectif est de développer un outil thérapeutique intégré pour le traitement adjuvant post-chirurgical du CCS.
Le système a été fabriqué par une stratégie de moulage étape par étape, présentant une architecture de la pointe à la base équipée de nanovecteurs intelligents à libération contrôlée. La MN se compose d'une pointe en hydrogel réticulé aux UV encapsulant des nanovecteurs auto-assemblés à base de chitosane et d'un coussin arrière (backing layer) en hydrogel gélatine-polydopamine. Grâce à cette conception structurelle hiérarchique, la MN présente une excellente résistance mécanique avec une force de compression pouvant atteindre 4,48 N par aiguille, suffisante pour pénétrer efficacement la peau tout en permettant un ciblage spécifique du microenvironnement tumoral.
Les résultats démontrent que la plateforme affiche un comportement responsive au pH soutenu et une capacité de libération contrôlée des médicaments. Les études in vitro et in vivo ont validé l'efficacité thérapeutique robuste et intégrée du système MN pour supprimer la récidule métastatique du CCS et améliorer la cicatrisation des plaies infectées. De plus, le système montre une excellente biocompatibilité et des propriétés thérapeutiques multifonctionnelles incluant l'adhésion antibactérienne, la capacité d'autoréparation, les performances de gonflement et la biodégradabilité, élargissant considérablement son potentiel en tant qu'outil de médecine de précision.
Ce travail constitue une avancée significative dans la conception des MN intelligents à deux étapes avec une fonctionnalité complète pour le traitement adjuvant peu invasif après chirurgie du CCS. Bien que les résultats soient prometteurs, des limitations subsistent concernant l'échelle industrielle et les études cliniques à long terme qui restent nécessaires. Les travaux futurs devront se concentrer sur la validation de cette approche dans des modèles plus complexes et l'optimisation des paramètres de fabrication pour une translation clinique réussie. Cette plateforme ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour le traitement postopératoire du cancer du sein.
乳がん手術後の転移性再発と創傷感染は、患者の生存率に対して重大な脅威をもたらしており、臨床治療における大きな課題となっています。これらの課題に対処するためには、腫瘍再発を予防し同時に創傷治癒を促進することのできる低侵襲性の多機能生体材料を組み合わせた理想的な治療戦略が必要です。本研究では、ナノテクノロジーと腫瘍微小環境応答性設計を統合した新規の2段階マイクロニードル（MN）プラットフォームを開発しました。この研究の目的は、乳がん術後の複雑な合併症に対処し、精密医療ツールとして機能する新しい低侵襲的補助療法を提供することです。
本システムはステップキャスト戦略を用いて製造され、先端から基部にかけての階層構造を有しています。MNは光架橋型ハイドロゲルで構成された尖端にキトサンベースの自己集合ナノキャリアをカプセル化し、ゼラチン-ポリダボアミンハイドロゲルのバックイングレイヤー（backing layer）から成り立っています。この階層構造設計により、MNは優れた機械的強度を示し、1本あたり最大4.48 Nの圧縮力を有しており、皮膚への効率的な浸透を可能にします。また、特定の腫瘍微小環境標的化と持続的なpH応答性を備え、制御された薬物放出を実現しています。
実験結果により、このMNシステムは転移性乳がんの再発抑制および感染創傷治癒における強固で統合された治療効果を体外および体内研究を通じて実証しました。さらに、抗菌接着、自己修復能力、膨潤性能、生分解性を備えた優れた生物適合性と多機能な治療特性を示し、精密医療ツールとしての可能性を大幅に広げています。これらの特性は、術後の腫瘍再発と合併症に対する相乗的な療法として極めて有効であることを示しています。
本研究は、乳がん手術後の低侵襲的補助療法のための包括的功能性を備えたスマートな2段階MNの設計における重要な進展を提供します。このプラットフォームは臨床応用に向けた有望な成果を示していますが、大規模製造プロセスや長期安全性に関するさらなる検証が必要です。今後の研究では、ナノキャリアの負荷効率の最適化、他の腫瘍タイプへの適用性の拡大、およびより大規模な臨床試験の実施に焦点を当てるべきです。このアプローチは、術後総合治療戦略の開発に向けた新たな方向性を提示しています。
La recurrencia metastásica postoperatoria y las infecciones de heridas representan amenazas significativas para la supervivencia tras una cirugía de cáncer de mama (CM). Para abordar estos desafíos, es necesario implementar estrategias terapéuticas ideales que incorporen biomateriales multifuncionales mínimamente invasivos capaces de prevenir simultáneamente la recurrencia tumoral y promover la cicatrización. En este estudio se reporta una nueva plataforma de microagujas (MN) de dos etapas diseñada mediante la integración de nanotecnología y un diseño responsivo al microambiente tumoral. El objetivo es desarrollar una herramienta terapéutica integrada para el tratamiento adyuvante postquirúrgico del CM, abordando eficazmente las complicaciones complejas que surgen después de la cirugía.
El sistema se fabricó utilizando una estrategia de moldeo escalonada y presenta una arquitectura desde la punta hasta la base equipada con nanotransportadores inteligentes para terapia sinérgica. La MN consiste en una punta de hidrogel fotoenlazado que encapsula transportadores autoensamblados basados en quitosano, junto con una capa trasera (backing layer) de hidrogel de gelatina-polidopamina. Gracias a su diseño estructural jerárquico, la MN exhibe una excelente resistencia mecánica con una fuerza de compresión de hasta 4.48 N por aguja, suficiente para penetrar eficientemente la piel. Además, el sistema demuestra un comportamiento sostenido responsivo al pH y un direccionamiento específico del microambiente tumoral que permite la liberación controlada de fármacos.
Los estudios in vitro e in vivo validaron la robusta eficacia terapéutica integrada del sistema MN en la supresión de la recurrencia metastásica del CM y el mejoramiento de la cicatrización de heridas infectadas. El sistema también muestra una excelente biocompatibilidad y propiedades terapéuticas multifuncionales, incluyendo adhesión antibacteriana, capacidad de auto-reparación, rendimiento de hinchazón y biodegradabilidad, lo que amplía considerablemente su potencial como herramienta de medicina de precisión para combatir la recurrencia tumoral postoperatoria.
Este trabajo representa un avance significativo en el diseño de MN inteligentes de dos etapas con funcionalidad completa para terapia adyuvante mínimamente invasiva tras cirugía de CM. Aunque los resultados son prometedores, persisten limitaciones relacionadas con la escalabilidad industrial y la necesidad de estudios clínicos a largo plazo que deben abordarse en futuras investigaciones. Los trabajos futuros deberán centrarse en optimizar la eficiencia de carga de los nanotransportadores, expandir su aplicabilidad a otros tipos de tumores y realizar ensayos clínicos más amplios para validar su potencial terapéutico general. Esta plataforma abre nuevas perspectivas para el desarrollo de estrategias de tratamiento integral postoperatorio.
تُشكل الانتكاسات النقوية بعد الجراحة والتهابات الجروح تهديدًا كبيرًا لبقاء المرضى بعد جراحات سرطان الثدي (BC). لمعالجة هذه التحديات، يجب أن تتضمن الاستراتيجية العلاجية المثالية مواد حيوية متعددة الوظائف قليلة التوغل قادرة على منع انتكاسة الورم وتعزيز التئام الجروح في آن واحد. يُقدم هذا العمل منصة جديدة من الإبر الدقيقة ثنائية المرحلة تم هندستها عبر دمج تقنية النانو وتصميم يستجيب للبيئة المحيطة بالورم. يهدف النظام إلى توفير أداة علاجية متكاملة للعلاج المساعد بعد جراحة سرطان الثدي، مما يعالج التعقيدات السريرية التي تلي العملية الجراحية بفعالية.
تم تصنيع هذا النظام باستخدام استراتيجية صب متدرجة ويتميز بهندسة من الطرف إلى القاعدة مجهزة بحاملات نانوية ذكية لإطلاق الدواء عند الطلب. تتكون الإبرة الدقيقة (MN) من طرف هيدروجيل مُصلب ضوئيًا يحتوي على حاملات نانوية ذاتية التجميع قائمة على الكيتوزان، وطبقة خلفية (backing layer) مصنوعة من الهيدروجيل المكون من الجيلاتين والبولي داوبامين. بفضل التصميم الهيكلي الهرمي، تُظهر الإبرة الدقيقة قوة ميكانيكية ممتازة مع قوة ضغط تصل إلى 4.48 نيوتن لكل إبرة، وهو ما يكفي لاختراق الجلد بكفاءة، كما تظهر سلوكًا مستدامًا يستجيب للأس الهيدروجيني واستهدافًا محددًا للبيئة المحيطة بالورم.
أظهرت النتائج أن النظام يمتلك قدرة على التحكم في إطلاق الدواء بفضل استجابته المحددة للإشارات البيئية. وقد أكدت الدراسات体外 وin vivo الفعالية العلاجية القوية والمتكاملة للنظام في كبح الانتكاس النقوي لسرطان الثدي وتعزيز التئام الجروح المصابة. علاوة على ذلك، يُظهر النظام توافقًا حيويًا ممتازًا وخصائص علاجية متعددة الوظائف تشمل الالتصاق المضاد للبكتيريا والقدرة على الإصلاح الذاتي وأداء التضخم والقابلية للتحلل البيولوجي، مما يوسع بشكل كبير من إمكاناته كأداة للطب الدقيق.
يمثل هذا العمل تقدمًا مهمًا في تصميم الإبر الدقيقة الذكية ثنائية المرحلة ذات الوظائف الشاملة للعلاج المساعد قليل التوغل بعد جراحة سرطان الثدي. على الرغم من النتائج الواعدة التي أظهرها النظام في النماذج المخبرية والحيوانية، لا تزال هناك تحديات تتعلق بالتوسع الصناعي ودراسات السلامة طويلة الأمد تتطلب مزيدًا من البحث المستقبلي. يجب أن تركز الأعمال المستقبلية على تحسين كفاءة تحميل الحاملات النانوية وتوسيع نطاق التطبيق ليشمل أنواعًا أخرى من الأورام وإجراء تجارب سريرية أوسع لتأكيد الفعالية العلاجية الشاملة لهذه المنصة في الممارسة السريرية.