近日，厦门大学海洋与地球学院陈铭教授团队在生物大分子经皮递送领域取得新进展，相关研究成果以“Enhanced skin delivery of biomacromolecules using hollowsponge spicules”为题，发表于Bioengineering & Translational Medicine期刊。研究团队以天然Haliclona sp.海绵骨针为基础，构建了一种新型中空海绵骨针微针系统（hollow sponge spicules，oSHS）。该系统通过在海绵骨针内部形成连续中空通道，相较于天然海绵骨针（SHS），显著提升了蛋白质、抗体、核酸等生物大分子的皮肤递送效率，为非侵入式疫苗接种和生物药物递送提供了新的技术路径。

图1. 中空海绵骨针用于局部给药的原理示意图

研究背景

蛋白质、多肽、抗体和核酸等生物大分子药物，凭借高度特异的生物学功能，在疾病治疗、免疫调控与健康促进中具有重要应用价值。然而，这类药物通常分子量较大，难以直接穿透皮肤角质层屏障。传统口服、注射及吸入给药方式存在首过代谢、患者依从性不足、操作不便或局部疼痛等问题。

经皮给药具有无创、便捷、可减少全身副作用等优势，应用前景广阔。但皮肤角质层屏障严重限制了生物大分子的透皮吸收。传统微针虽然能够在皮肤表面形成微通道，但在递送面积、使用舒适性、释放效率及复杂皮肤部位的应用方面仍存在一定局限。

天然海绵骨针（SHS）此前已被证实具有类似微针的促渗作用，但其天然通道尺寸较小，难以满足生物大分子高效递送需求。针对这一问题，研究团队提出通过结构改造构建中空海绵骨针（oSHS），以增强生物大分子在皮肤中的渗透与分布能力。

研究亮点

研究团队采用碱蚀刻法制备oSHS，将天然海绵骨针置于NaOH溶液中进行处理，使其内部形成连续中空通道。实验结果表明，在2 mol/L NaOH处理48 h的条件下，可在保持骨针结构完整性的同时，获得较优的中空通道形成效果。不同处理条件下骨针开口尺寸、开口率和结构完整性的变化，以及oSHS中空结构的形成过程如图2所示。

图2. oSHS 的制备与结构表征

团队系统比较了oSHS、SHS、传统微针、滚轮微针和离子导入等不同促渗方式的递送效果。结果显示，oSHS处理组皮肤吸收率达7.69%，显著高于其他处理组，说明oSHS能够有效增强模型生物大分子在皮肤中的吸收，具有良好的生物大分子经皮递送应用潜力。

进一步将oSHS与离子导入技术联用，二者可产生协同促渗效应，使生物大分子递送效率进一步提升。与单独使用SHS、oSHS或离子导入相比，oSHS与离子导入联合处理在大分子递送方面表现出更强优势，20KDa荧光葡聚糖的递送效率达到35.09%，是SHS联合离子导入的1.27倍（图3）。

图3. oSHS与离子导入联合促进FD 20K模型大分子经皮递送

除提高递送总量外，oSHS还表现出良好的皮肤内分布优势。研究发现，随着oSHS用量增加，150 kDa荧光葡聚糖等模型大分子在皮肤中的递送效率呈剂量依赖性增强。

与皮下注射相比，经oSHS处理后，生物大分子可在皮肤不同区域和不同层次中实现更加均匀的分布；而注射给药则更容易导致药物在注射中心局部富集，远离注射点的区域分布不足（图4）。这表明oSHS有望改善传统注射给药局部分布不均的问题。

图4. oSHS与注射、滚轮微针等方式在皮肤不同层次中的递送效果比较

为进一步验证 oSHS 在体内递送生物大分子的可行性，研究团队以卵清蛋白（OVA）作为模型抗原开展动物实验。结果显示，经oSHS递送OVA后，可诱导与皮下注射相当的免疫应答，提示该体系具有作为非侵入式疫苗递送平台的潜力。

安全性评价结果表明，oSHS处理后仅引起轻微且可逆的皮肤刺激，相关反应可在72 h内恢复，显示出良好的皮肤相容性和应用安全性。

此外，研究团队还建立了oSHS介导的皮肤渗透数学模型，用于描述中空骨针结构下药物分子的渗透行为。模型结果表明，oSHS可实现剂量依赖性递送，并促进生物大分子在皮肤深层组织中更均匀地分布，为后续优化经皮递送体系提供了理论依据。

研究意义

本研究提出了一种安全、高效、可扩展的生物大分子经皮递送策略。中空海绵骨针oSHS兼具天然海绵骨针微创促渗和中空结构高效输送的双重优势，可显著提升蛋白质、抗体、核酸等生物大分子的皮肤递送效率。

未来，oSHS有望应用于疫苗接种、抗体药物递送、核酸药物递送、皮肤疾病治疗和免疫治疗等场景，为无针化、非侵入式、患者友好的生物药递送提供新的解决方案。

研究团队及资助

该论文第一作者为厦门大学海洋与地球学院硕士毕业生牟德震，通讯作者为陈铭教授。该研究获得福建省自然科学基金项目(2022J01025)、福建省促进海洋与渔业产业高质量发展专项资金项目(FJHJF-L-2023-32)、厦门市海洋与渔业发展基金(21CZP002HJ05)、翔安创新实验室疫苗与国家重点实验室科研基金项目(2023XAKJ0101003)以及厦门迈麟蓝锐生物科技有限公司的合作支持。

论文来源及链接

Mou, D., Yang, M., Jia, M., Liu, Y., Chen, J., Xiao, X., Chen, M. Enhanced skin delivery of biomacromolecules using hollow sponge spicules. Bioengineering & Translational Medicine (2026). https://doi.org/10.1002/btm2.70149

供稿：陈铭团队

编辑：苏颖

审核：陈芳奕