方案1. 智能微针治疗病理性瘢痕示意图

图1. 瘢痕疙瘩和正常组织的单细胞RNA测序分析。a）瘢痕疙瘩和b）正常组织的UMAP聚类图。c）细胞类型表达点图。d,e）分别为瘢痕疙瘩和正常组织中内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、角质形成细胞和肥大细胞的UMAP细胞类型注释图。f）瘢痕疙瘩和正常组织中SOD1和CAT表达的小提琴图。g）SOD1和CAT表达的点图。

（2）患者正常组织和瘢痕疙瘩组织的组织学染色

为探究正常组织与瘢痕疙瘩组织之间的差异，该团队收集了PS患者的手术样本进行组织学染色。队列包含4名女性和1名男性，年龄在18至38岁之间（图2A），瘢痕位于下颌、前臂、耳部和胸部，病理分型包括增生性瘢痕、瘢痕疙瘩及两者混合型（图2B）。H&E和Masson三色染色显示，与正常组织相比，瘢痕组织真皮层明显增厚，胶原纤维排列紊乱，并伴有炎症细胞浸润（图2C）。Masson三色染色进一步证实了胶原过度增殖和纤维排列不规则（图2D）。CD31免疫组化染色显示瘢痕组织中CD31表达显著升高，提示血管化增强在瘢痕形成和进展中起关键作用（图2E）。此外，DHE染色结果显示瘢痕组织中ROS水平显著增加，表明氧化应激是瘢痕疙瘩发病的关键因素（图2F）。上述结果提示，胶原过度增殖、氧化应激和血管化增加是瘢痕疙瘩形成的核心因素，为PS的治疗提供了潜在靶点。

图2. 患者正常组织和瘢痕疙瘩组织的组织学染色。a）病理性瘢痕患者的基本信息。b）不同供体瘢痕部位的照片。c）NS组织和PS组织的H&E染色及d）Masson三色染色。e）NS组织和PS组织中CD31的免疫组化染色。f）NS组织和PS组织的DHE染色。

（3）hMNP、hMNP/AlgMA复合水凝胶和复合微针的表征

hMNP采用硬模板法合成：以二氧化硅纳米颗粒为球形模板，在其表面沉积二氧化锰，再经化学刻蚀去除硅模板。透射电子显微镜（TEM）显示颗粒直径约为200 nm，并确认其空心结构（图3A）；能量色散X射线光谱（EDS）元素分析显示氧（O）和锰（Mn）的分布，证实了hMNP的成功合成。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，纯AlgMA水凝胶（经蓝光照射交联）具有明显疏松多孔的结构；随着hMNP的加入，水凝胶孔结构发生显著变化，当hMNP浓度为1%时孔结构明显塌陷（图3B）。制备复合微针时，将前驱体溶液注入带有微针阵列图案的PDMS模具中，光交联后脱模并干燥；掺杂hMNP后针尖呈现不透明的黑色，表明hMNP成功掺入（图3C）。实物照片和SEM图像显示，微针呈锥形、排列有序，高度约为500 μm，基底直径约为260 μm（图3D）。为增强机械强度，复合微针经液氮冷冻处理成为冷冻微针（cryo-MN）。力学压缩测试表明，每根微针可承受约0.5 N的力，高于穿透皮肤所需的临界力（图3E-G）；猪皮穿刺实验进一步证实微针具有优异的穿刺性能，且穿刺后未发生明显形变或弯曲（图3H）。此外，插入后第7天约20%的微针降解，第14天约50%降解，第21天针尖已基本降解（图3I），这种渐进式降解特性支持药物的持续递送。

图3. hMNP、hMNP/AlgMA复合水凝胶及复合微针的表征。a）hMNP的TEM图像及EDS元素分析。b）不同hMNP浓度复合水凝胶的SEM图像。c）hMNP/AlgMA-0.5%复合微针的SEM图像。d）AlgMA微针和hMNP/AlgMA-0.5%复合微针的实物照片。e-g）hMNP/AlgMA-0.5%复合微针的力学测试。h）微针在猪皮中的穿刺性能（H&E染色）。i）hMNP/AlgMA-0.5%复合微针的体内降解性能。

（4）复合水凝胶的生物相容性、抗炎和抗氧化性能

为评价复合水凝胶的生物相容性，将人皮肤成纤维细胞（HSFs）接种于其表面。活/死染色结果显示，除hMNP/AlgMA-1%水凝胶出现较多死细胞外，其余配方中的细胞活力均较高（图4A）。细胞骨架染色进一步显示，AlgMA、hMNP/AlgMA-0.25%和hMNP/AlgMA-0.5%水凝胶上的HSFs铺展良好，而hMNP/AlgMA-1%水凝胶上的细胞出现明显皱缩，提示该浓度下存在细胞毒性（图4B）。CCK-8检测结果表明前三组之间细胞增殖无显著差异，而hMNP/AlgMA-1%组细胞增殖明显受抑（图4C），因此选择hMNP/AlgMA-0.5%复合水凝胶进行后续实验。PS组织与氧化应激密切相关，常表现为H₂O₂过量产生。该团队研究了MMP1负载的hMNP/AlgMA复合水凝胶在H₂O₂存在下的释药行为：hMNP对MMP1的包封效率为50.9 ± 2.6%；载药水凝胶暴露于H₂O₂后，MMP1的释放显著加速，凸显了体系的ROS响应性释药特性（图4D）。此外，从人PS组织中分离出病理性成纤维细胞，复合水凝胶处理后其胞内ROS水平显著降低，表明其具有有效的抗氧化性能（图4E）。通过蛋白质印迹和qPCR分析发现，单独使用AlgMA水凝胶对相关标志物的表达无显著影响；相比之下，hMNP/AlgMA复合水凝胶显著上调抗氧化相关蛋白（CAT和SOD）及抗炎细胞因子（IL-10）的表达，同时下调促炎细胞因子（TNF-α）和纤维化相关蛋白（TGF-β1）的表达（图4F），基因表达水平呈相似趋势（图4G）。解耦实验进一步表明，单独递送MMP-1虽表现出一定的ECM重塑效果，但在清除ROS后这些效果显著增强，证明ROS调控与MMP-1活性之间存在正向协同效应。

图4. 复合水凝胶的生物相容性、抗炎和抗氧化性能。a）接种于复合水凝胶上的人皮肤成纤维细胞（HSFs）活/死染色；b）细胞骨架染色图像。c）HSFs的CCK-8检测。d）MMP1从复合水凝胶中在不同条件下的体外释放行为。e）通过DCFH-DA染色评价不同水凝胶在成纤维细胞中的ROS清除性能。f）复合水凝胶对瘢痕来源成纤维细胞中抗氧化、炎症和纤维化相关蛋白表达的影响。g）对相应基因表达的影响。

（5）复合微针在兔耳病理性瘢痕模型中的体内疗效

为评价复合微针的体内治疗效果，建立了兔耳PS模型，并将动物随机分为五组：生理盐水组、PS组、AlgMA组、hMNP/AlgMA组和MMP1@hMNP/AlgMA组（图5A）。治疗前，该团队首先验证了复合微针的有效性与安全性：采用DQ-胶原荧光法评估MMP-1在微针制备、UV交联和储存过程中的酶学稳定性，发现约86.4%的原始MMP-1活性得以保留，且MMP-1在4°C储存3周后酶活性无显著下降；微针植入4周后对主要脏器（心、肝、脾、肺、肾）进行H&E染色，未观察到明显的组织病理学变化。于建模后第30天开始治疗，并在不同时间点监测瘢痕形成情况（图5B,C）。治疗26天后，MMP1@hMNP/AlgMA组的创面明显比PS组平滑，瘢痕边界基本消失；而不含MMP1的复合微针疗效有限。同时，对瘢痕旁皮肤进行分析，未观察到明显的胶原丢失、结构破坏、萎缩或溃疡，表明MMP-1的治疗活性主要局限于纤维化组织，脱靶ECM降解被降至最低。植入后第7天对术区进行DHE染色和免疫荧光染色：MMP1@hMNP/AlgMA组的荧光强度显著降低，证实载MMP1复合微针可有效清除ROS（图5D）；抗氧化相关蛋白（SOD和CAT）及抗炎蛋白（IL-10）的表达在治疗后显著升高，其中MMP1@hMNP/AlgMA组荧光强度最强、染色面积最大（图5E）；促炎蛋白TNF-α在PS组显著升高，经MMP1@hMNP/AlgMA治疗后其水平基本恢复至正常水平（图5F）。这些结果表明，载MMP1复合微针通过清除ROS和抗炎作用调控局部创面微环境，最终抑制瘢痕形成。

图5. 复合微针在兔耳PS模型中体内治疗效果的评价。a）PS模型建立及治疗效果评价示意图。b）不同时间点PS模型的实物照片。c）复合微针治疗后不同时间点瘢痕区域的实物照片。d）不同干预下的DHE染色图像。e）SOD、CAT和IL-10的免疫荧光染色。f）TNF-α的免疫荧光染色。

（6）不同微针治疗后兔耳病理性瘢痕的组织学评估

通过H&E和Masson三色染色评估不同处理后PS创面的变化（图6A,B）。治疗前，PS组真皮层可见致密排列的成纤维细胞和增厚的胶原束；经MMP1@hMNP/AlgMA复合微针治疗后，PS组织厚度显著降低，放大图像进一步显示胶原沉积明显减少、成纤维细胞排列更加有序，组织结构得到改善。TGF-β是PS形成的关键调控因子，可通过Smad依赖和非依赖途径促进ECM合成并抑制MMPs，导致胶原过度沉积；瘢痕组织中I型胶原积累、III型胶原比例降低，成纤维细胞向肌成纤维细胞分化，导致组织僵硬和瘢痕挛缩。为进一步验证疗效，对关键纤维化相关蛋白进行免疫荧光染色。结果显示，与对照组相比，PS组织中α-SMA、CTGF、COL1和TGF-β1的荧光强度显著升高，表明纤维化程度增强；而经hMNP/AlgMA和MMP1@hMNP/AlgMA复合微针治疗后，这些蛋白的荧光强度明显降低，其中MMP1@hMNP/AlgMA组治疗效果最为显著（图6C）。上述结果凸显了MMP1@hMNP/AlgMA复合微针通过调控关键纤维化相关蛋白的表达来减轻PS纤维化的能力。

图6. 不同微针处理的兔耳PS的组织学染色。a）H&E和b）Masson三色染色。c）纤维化相关蛋白的免疫荧光染色：α-SMA、CTGF、COL1和TGF-β1。

（7）复合微针在猪皮肤病理性瘢痕模型中的体内疗效

为评估临床转化潜力，该团队在5至6月龄巴马小型猪中通过皮肤烫伤建立了PS模型（图7A）。猪皮肤在解剖和生理特性上与人类皮肤高度相似，其PS模型具有很高的临床转化相关性。与兔耳模型的结果一致，PS组ROS水平显著升高，经MMP1@hMNP/AlgMA复合微针治疗后显著降低。H&E和Masson三色染色显示：治疗前PS组真皮层富含成纤维细胞和粗大的胶原束；复合微针治疗后，PS组织厚度显著降低，放大图像显示胶原沉积大幅减少、成纤维细胞排列更加有序（图7B,C）。进一步的免疫组化染色显示，纤维化相关蛋白（α-SMA和TGF-β）及促炎蛋白（TNF-α）在PS组中显著升高，经复合微针治疗后其表达水平下调，而抗炎蛋白呈相反趋势（图7D）；IL-10在复合微针治疗后显著上调，凸显了该治疗的抗炎潜力（图7E）。结果表明，MMP1@hMNP/AlgMA复合微针在兔耳PS模型中展现出更优疗效，在猪皮肤PS模型中同样具有可观的治疗效果，凸显了该方法用于临床应用的潜力。

图7. 猪皮肤PS模型体内治疗效果的评价。a）猪皮肤瘢痕形成的实物照片。b）不同干预下的H&E和c）Masson三色染色图像。d）纤维化相关蛋白的免疫组化染色。e）炎症相关蛋白的免疫组化染色。