DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1575635
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40520168
تاريخ النشر: 2025-05-30
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تطوير إبر دقيقة قابلة للتحلل الحيوي تعتمد على هيدروجيل الجيلاتين-ميثاكريلويل (GelMA) (GM-Clin-MN) لتحسين توصيل كليندامايسين هيدروكلوريد، وهو مضاد حيوي شائع لعلاج حب الشباب. نظرًا لخاصية كليندامايسين المحبة للماء وحاجز الطبقة القرنية، فإن طرق التوصيل التقليدية محدودة. نجحت الدراسة في تصنيع لاصقات إبر دقيقة تحتوي على 1 wt% من كليندامايسين، مما يظهر اختراقًا فعالًا للجلد (658 ± 66 ميكرومتر) وإطلاقًا سريعًا للدواء (54.8% في اليوم الأول، 72.1% بحلول اليوم العاشر). شملت طرق التوصيف المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وطيف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، مما يؤكد قوة الإبر الدقيقة الميكانيكية وسلامتها الحيوية، دون ملاحظة أي سمية خلوية أو تهيج.
أظهرت التقييمات الحية في نموذج حب الشباب لدى الجرذان أن GM-Clin-MN قمع بشكل كبير الالتهاب المرتبط بحب الشباب وأظهر خصائص محتملة مضادة للتندب، كما يتضح من انخفاض مستويات IL-1β المؤيدة للالتهاب وزيادة تعبير IL-10. تستنتج الدراسة أن دمج كليندامايسين مع إبر GelMA الدقيقة يوفر استراتيجية واعدة لعلاج حب الشباب بشكل فعال، مما يعزز التوصيل عبر الجلد والفعالية العلاجية مقارنة بالجلود التقليدية. ستركز الأبحاث المستقبلية على تحسين التركيبات للبيئات الغنية بالدهون واستكشاف العلاجات المركبة، مما يعزز تطبيق الإبر الدقيقة المعتمدة على البوليمر لمختلف اضطرابات الجلد.
مقدمة
حب الشباب الشائع هو حالة جلدية التهابية مزمنة شائعة، تؤثر بشكل خاص على المراهقين، ويمكن أن تؤدي إلى تحديات نفسية واجتماعية كبيرة بسبب مظاهره الجسدية، بما في ذلك التندب والتصبغ (علي وآخرون، 2024). تتضمن استراتيجيات العلاج الحالية بشكل أساسي العلاجات الموضعية، حيث يعتبر كليندامايسين خيارًا مفضلًا بسبب فعاليته ضد *Cutibacterium acnes* وخصائصه المضادة للميكروبات والمضادة للالتهابات المزدوجة (نيدزويزدكا وآخرون، 2024؛ أرميللي وآخرون، 2024). ومع ذلك، فإن الاستخدام السريري لكليندامايسين محدود بمشكلات مثل الكفاءة المنخفضة عبر الجلد، وتطور مقاومة البكتيريا، والتهيج المحلي (إلهابل وآخرون، 2024؛ غانوم وآخرون، 2025؛ فيلدمان وآخرون، 2025).
لمعالجة هذه القيود، تقترح الدراسة نظام إبر دقيقة قابلة للتورم تعتمد على الجيلاتين-ميثاكريلويل (GelMA) مصممة لتعزيز توصيل كليندامايسين عبر الجلد. تستخدم هذه الطريقة المبتكرة إبرًا دقيقة تخترق الطبقة القرنية لتسهيل توصيل الدواء المستهدف مع تقليل الألم ومخاطر العدوى المرتبطة بالحقن التقليدية (راي وآخرون، 2023). تم تصميم إبر GelMA لتوفير إطلاق دوائي محكم وتحسين استهداف الجلد، مما قد يزيد من الفعالية العلاجية لكليندامايسين في علاج حب الشباب (برامانيك وآخرون، 2024؛ وانغ وآخرون، 2025). تشير نتائج الدراسة إلى أن هذه الإبر الدقيقة يمكن أن تخترق بشكل فعال طبقات الجلد وتستمر في إطلاق الدواء، مما يوفر حلاً واعدًا لتعزيز إدارة حب الشباب.
طرق
في قسم الطرق، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة في عمليات العزل والتنقية في دراستهم. استخدموا مذيبات من درجة كاشف ACS من سيغما-ألدريتش (ألمانيا) واستوردوا الجيلاتين الخنزير (النوع A، 300 بلوم)، وبوليمر الكحول (PVA)، والميثاكريليك أنهدريد من نفس المورد في الولايات المتحدة. تم الحصول على المحفز الضوئي، فوسفينات ليثيوم فينيل (2،4،6-تريميثيل بنزويل) (LAP)، من شركة EFL (الصين)، بينما تم الحصول على قالب بولي ديميثيل سيليكون (PDMS) من شركة تايتشو مايكروتشيب للتكنولوجيا الصيدلانية المحدودة (الصين).
بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على الخلايا الليفية الجلدية البشرية (HSF) وكليندامايسين هيدروكلوريد من شركة شنغهاي هونغشون للتكنولوجيا الحيوية (الصين)، وتم شراء بيض الدجاج المخصب من شركة سيتشوان ييكسينهي لتربية الدواجن (الصين). تم الحصول على سلالة *C. acnes* (ATCC 6919) من المركز الإقليمي لمجموعات الثقافة الميكروبية في قوانغدونغ (الصين). طوال الإجراءات التجريبية، تم استخدام الماء منزوع الأيونات بشكل مستمر، وتم التأكد من أن جميع المواد الكيميائية من درجة التحليل، مما يضمن موثوقية و reproducibility النتائج.
نتائج
في هذه الدراسة، تم استخدام الكيمياء المناعية لتقييم مستويات التعبير عن العوامل المؤيدة للالتهاب IL-1β وMMP2، بالإضافة إلى العامل المضاد للالتهاب IL-10 في أنسجة آذان الجرذان. أشارت النتائج إلى أن كل من مجموعتي Clin-Gel وGM-Clin-MN أظهرت انخفاضًا كبيرًا في المساحة وشدة الصبغة الإيجابية لـ IL-1β وMMP2 مقارنة بمجموعة التحكم PBS، بينما لم تظهر مجموعة GM-MN تغييرات كبيرة. من الجدير بالذكر أن مجموعة GM-Clin-MN أظهرت انخفاضًا أكثر وضوحًا في هذه العلامات المؤيدة للالتهاب مقارنة بمجموعة Clin-Gel.
أظهر التحليل الكمي باستخدام برنامج ImageJ أن مجموعة Clin-Gel كانت لديها انخفاض متواضع في تعبير IL-1β (P = 0.0011)، بينما أظهرت مجموعة GM-Clin-MN انخفاضًا كبيرًا (P = 0.0001)، محققة انخفاضًا بنسبة 90.90% في قيمة P مقارنة بمجموعة Clin-Gel. وبالمثل، تم تقليل تعبير MMP2 بشكل كبير في مجموعة GM-Clin-MN (P = 0.0001) مقارنة بمجموعة Clin-Gel، مع انخفاض بنسبة 85.71% في قيمة P. على العكس، أظهرت كل من مجموعتي Clin-Gel وGM-Clin-MN زيادات كبيرة في تعبير IL-10، حيث حققت مجموعة GM-Clin-MN زيادة ملحوظة (P = 0.0001) وانخفاضًا بنسبة 66.67% في قيمة P مقارنة بمجموعة Clin-Gel. تشير هذه النتائج إلى أن تركيبة GM-Clin-MN قد تعدل بشكل فعال الاستجابات الالتهابية في النموذج المختبر.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق الجيلاتين ميثاكريلويل (GelMA) وتوصيفه للاستخدام في لاصقات الإبر الدقيقة التي تهدف إلى توصيل كليندامايسين هيدروكلوريد لعلاج حب الشباب. شمل التخليق إذابة الجيلاتين الخنزير في محلول ملحي مخفف بالفوسفات، تلاه إضافة الميثاكريليك أنهدريد والغسيل اللاحق للحصول على GelMA. أكد التوصيف من خلال طيف الرنين المغناطيسي النووي (NMR) على درجة عالية من استبدال الميثاكريلويل (72.85%)، مما يدل على نجاح التخليق. تم تصنيع لاصقات الإبر الدقيقة باستخدام قالب PDMS مصمم خصيصًا، حيث أظهرت الهياكل الناتجة خصائص ميكانيكية مناسبة وقدرات تحميل دوائي فعالة.
أظهرت التقييمات في المختبر أن الإبر الدقيقة المحملة بكليندامايسين أظهرت نشاطًا مضادًا للميكروبات كبيرًا ضد *Cutibacterium acnes*، محققة معدل تثبيط بنسبة 100%، بينما لم تظهر الإبر الدقيقة الفارغة أي تأثير من هذا القبيل. أشارت تقييمات السمية الخلوية إلى أن كلا النوعين من الإبر الدقيقة دعما نمو الخلايا دون سمية كبيرة. أظهرت الدراسات الحية باستخدام نموذج الجرذان أن الإبر الدقيقة المحملة بكليندامايسين قللت بشكل كبير من سمك الأذن وحسنت مظهر الجلد مقارنة بالمجموعات الضابطة، مما يبرز إمكانياتها كعلاج فعال لحب الشباب. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن لاصقات الإبر الدقيقة المعتمدة على GelMA هي نظام توصيل واعد للعوامل المضادة للميكروبات في التطبيقات الجلدية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1575635
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40520168
Publication Date: 2025-05-30
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
The research investigates the development of gelatin-methacryloyl (GelMA) hydrogel-based biodegradable microneedles (GM-Clin-MN) for enhanced delivery of clindamycin hydrochloride, a common antibiotic for acne treatment. Due to clindamycin’s hydrophilicity and the stratum corneum barrier, traditional delivery methods are limited. The study successfully fabricated microneedle patches containing 1 wt% clindamycin, demonstrating effective skin penetration (658 ± 66 μm) and rapid drug release (54.8% on Day 1, 72.1% by Day 10). Characterization methods included scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and UV-Vis spectroscopy, confirming the microneedles’ mechanical strength and biosafety, with no cytotoxicity or irritation observed.
In vivo evaluations in a rat acne model indicated that GM-Clin-MN significantly suppressed acne-related inflammation and exhibited potential anti-scarring properties, as evidenced by reduced levels of pro-inflammatory IL-1β and increased IL-10 expression. The study concludes that the integration of clindamycin with GelMA microneedles offers a promising strategy for effective acne treatment, enhancing transdermal delivery and therapeutic efficacy compared to conventional gels. Future research will focus on optimizing formulations for sebum-rich environments and exploring combination therapies, thereby advancing the application of polymer-based microneedles for various skin disorders.
Introduction
Acne vulgaris is a prevalent chronic inflammatory skin condition, particularly affecting adolescents, and can lead to significant psychological and social challenges due to its physical manifestations, including scarring and pigmentation (Ali et al., 2024). Current treatment strategies primarily involve topical therapies, with clindamycin being a favored option due to its efficacy against Cutibacterium acnes and its dual antimicrobial and anti-inflammatory properties (Niedźwiedzka et al., 2024; Armillei et al., 2024). However, clindamycin’s clinical use is limited by issues such as low transdermal efficiency, the development of bacterial resistance, and local irritation (Elhabal et al., 2024; Ghannoum et al., 2025; Feldman et al., 2025).
To address these limitations, the study proposes a gelatin-methacryloyl (GelMA)-based swellable microneedle system designed to enhance the transdermal delivery of clindamycin. This innovative approach utilizes microneedles that penetrate the stratum corneum to facilitate targeted drug delivery while minimizing pain and infection risks associated with traditional injections (Rai et al., 2023). The GelMA microneedles are engineered to provide controlled drug release and improved skin targeting, thereby potentially increasing the therapeutic efficacy of clindamycin in acne treatment (Pramanik et al., 2024; Wang et al., 2025). The study’s findings indicate that these microneedles can effectively penetrate dermal layers and sustain drug release, offering a promising solution for enhancing acne management.
Methods
In the Methods section, the authors detail the materials utilized for the isolation and purification processes in their study. They employed ACS reagent grade solvents from Sigma-Aldrich (Germany) and sourced porcine gelatin (Type A, 300 bloom), polyvinyl alcohol (PVA), and methacrylic anhydride from the same supplier in the United States. The photoinitiator, Lithium Phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinate (LAP), was obtained from EFL Company (China), while a polydimethylsiloxane (PDMS) mold was sourced from Taizhou Microchip Pharmaceutical Technology Co., Ltd. (China).
Additionally, human skin fibroblasts (HSF) and clindamycin hydrochloride were acquired from Shanghai Hongshun Biotechnology Corporation (China), and fertilized chicken eggs were purchased from Sichuan Yixinhe Poultry Breeding Corporation (China). The C. acnes strain (ATCC 6919) was obtained from the Guangdong Provincial Center for Microbial Culture Collection (China). Throughout the experimental procedures, deionized water was consistently used, and all chemicals were confirmed to be of analytical grade, ensuring the reliability and reproducibility of the results.
Results
In this study, immunohistochemistry was utilized to assess the expression levels of pro-inflammatory factors IL-1β and MMP2, as well as the anti-inflammatory factor IL-10 in rat ear tissues. The results indicated that both the Clin-Gel and GM-Clin-MN groups exhibited a significant reduction in the area and intensity of positive staining for IL-1β and MMP2 compared to the PBS control group, while the GM-MN group did not show significant changes. Notably, the GM-Clin-MN group demonstrated a more pronounced decrease in these pro-inflammatory markers compared to the Clin-Gel group.
Quantitative analysis using ImageJ software revealed that the Clin-Gel group had a modest reduction in IL-1β expression (P = 0.0011), while the GM-Clin-MN group exhibited a significant decrease (P = 0.0001), achieving a 90.90% reduction in P-value relative to the Clin-Gel group. Similarly, MMP2 expression was significantly reduced in the GM-Clin-MN group (P = 0.0001) compared to the Clin-Gel group, with an 85.71% reduction in P-value. Conversely, both the Clin-Gel and GM-Clin-MN groups showed significant increases in IL-10 expression, with the GM-Clin-MN group achieving a notable increase (P = 0.0001) and a 66.67% reduction in P-value compared to the Clin-Gel group. These findings suggest that the GM-Clin-MN formulation may effectively modulate inflammatory responses in the tested model.
Discussion
In this study, Gelatin Methacryloyl (GelMA) was synthesized and characterized for use in microneedle patches aimed at delivering clindamycin hydrochloride for acne treatment. The synthesis involved dissolving porcine gelatin in phosphate-buffered saline, followed by the addition of methacrylic anhydride and subsequent dialysis to obtain GelMA. Characterization through Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy confirmed a high degree of methacryloyl substitution (72.85%), indicating successful synthesis. The microneedle patches were fabricated using a custom-designed PDMS mold, with the resulting structures demonstrating appropriate mechanical properties and effective drug loading capabilities.
In vitro evaluations revealed that the clindamycin-loaded microneedles exhibited significant antimicrobial activity against *Cutibacterium acnes*, achieving a 100% inhibition rate, while the blank microneedles showed no such effect. Cytotoxicity assessments indicated that both microneedle types supported cell growth without significant toxicity. In vivo studies using a rat model demonstrated that the clindamycin-loaded microneedles significantly reduced ear thickness and improved skin appearance compared to control groups, highlighting their potential as an effective treatment for acne. Overall, the findings suggest that the GelMA-based microneedle patches are a promising delivery system for antimicrobial agents in dermatological applications.