A honeybee stinger-inspired self-interlocking microneedle patch and its application in myocardial infarction treatment

材料科学 生物医学工程 粘附 联锁 组织粘连 弹性体 基质(水族馆) 纳米技术 复合材料 医学 机械工程 海洋学 地质学 工程类
作者
Yuwen Lu,Tanchen Ren,Hua Zhang,Qiao Jin,Lishui Shen,Mengqi Shan,Xin Zhao,Qichao Chen,Haoli Dai,Lin Ye,Jieqi Xie,Di Ye,Tengxiang Lin,Xiaoqian Hong,Kaicheng Deng,Ting Shen,Jiazhen Pan,Mengyan Jia,Jun Ling,Peng Li,Yue Zhang,Huanan Wang,Lenan Zhuang,Changyou Gao,Jifu Mao,Yang Zhu
出处
期刊:Acta Biomaterialia [Elsevier]
卷期号:153: 386-398 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.actbio.2022.09.015
摘要

Weak tissue adhesion remains a major challenge in clinical translation of microneedle patches. Mimicking the structural features of honeybee stingers, stiff polymeric microneedles with unidirectionally backward-facing barbs were fabricated and embedded into various elastomer films to produce self-interlocking microneedle patches. The spirality of the barbing pattern was adjusted to increase interlocking efficiency. In addition, the micro-bleeding caused by microneedle puncturing adhered the porous surface of the patch substrate to the target tissue via coagulation. In the demonstrative application of myocardial infarction treatment, the bioinspired microneedle patches firmly fixed on challenging beating hearts, significantly reduced cardiac wall stress and strain in the infarct, and maintained left ventricular function and morphology. In addition, the microneedle patch was minimally invasively implanted onto beating porcine heart in 10 minutes, free of sutures and adhesives. Therefore, the honeybee stinger-inspired microneedles could provide an adaptive and convenient means to implant patches for various medical applications. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Adhesion between tissue and microneedle patches with smooth microneedles is usually weak. We introduce a novel barbing method of fabricating unidirectionally backward facing barbs with controllable spirality on the microneedles on microneedle patches. The microneedle patches self-interlock on mechanically dynamic beating hearts, similar to honeybee stingers. The micro-bleeding and coagulation on the porous surface provide additional adhesion force. The microneedle patches attenuate left ventricular remodeling via mechanical support and are compatible with minimally invasive implantation.
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