近期，哈尔滨工业大学（深圳）张嘉恒教授课题组在科爱创办的期刊Bioactive Materials

上发表研究论文：临床治疗脱发主要采用毛囊移植和药物治疗两种手段。然而，毛囊移植技术因成本高、侵入性强、供体有限等原因无法得到广泛应用。因此，方便且无痛的药物治疗作为有效治疗手段被普遍使用。选择酒石酸和左旋肉碱构建离子液体微乳体系，并研究了该体系的最佳配比、化学/环境稳定性和热稳定性。其次，通过细胞、体外实验和小鼠体内评价等多维度实验，确定了该体系的生物学功能

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研究内容简介

目前，脱发的临床治疗主要包括毛囊移植和药物治疗。然而，毛囊移植由于其成本高、侵袭性高、供体可用性有限而尚未得到广泛应用。因此，药物因其方便、无痛而得到了广泛的应用。目前，米诺地尔和非那雄胺是美国食品和药物管理局（FDA）批准的主要头发生长促进剂。具体来说，米诺地尔可以通过扩张头皮上的血管网络，增强局部血液循环和营养供应，从而延长毛囊的生长期，促进头发的生长。非那雄胺是一种还原酶抑制剂，可抑制体内5α还原酶的活性，从而降低双氢睾酮浓度，减轻毛囊损伤，防止脱发。然而，目前可用的药物都会引起显著的副作用。具体来说，米诺地尔影响心血管系统，并倾向于导致心动过速，而非那雄胺的副作用包括男性乳房发育、女性化、性欲抑制和精子畸形。因此，需要更有效和更安全的治疗方式。铜肽（GHK-Cu）是由甘氨酸-组氨酸-赖氨酸三肽（GHK）和二价铜构成的。它们可以通过(i)刺激成纤维细胞产生血管内皮生长因子（VEGF），从而促进毛囊周围新血管的形成，提供生长所需的营养；（ii）抑制转化生长因子的产生，防止毛囊过早转化为退化期；（iii）促进真皮乳头细胞的增殖，抑制其凋亡，刺激毛囊和毛发的生长。然而，一切都有两面，铜元素以亚稳态价态存在，导致对pH、抗氧化剂、螯合剂和其他因子的高反应性和敏感性。此外，铜肽具有高度亲水性，局部应用时皮肤吸收。此外，当铜肽被注射到真皮层时，大约95 %的铜肽被身体排出体外。为了增加铜肽的稳定性和提高透皮递送，我们构建了一个离子液体（IL）微乳液系统，集成了微乳液和离子液体的好处：微乳液是一个热稳定的系统，增加肽溶解度和IL提高皮肤渗透和提高溶解度。此外，我们选择酒石酸和肉碱作为IL成分，因为它们是天然衍生的和高度的生物相容性。为了研究这一策略的有效性，我们进行了一系列的评估来调查研究结果。

一、IL的制备和表征

研究者首先利用酒石酸和左旋肉碱合成IL- CaT。如图1所示，该IL呈纳米球型结构且具有高度稳定性。此外，通过调整阴阳离子的配比，以理化参数和应用适配性作为衡量标准，最终确定CaT-1:1为最佳配比，并以此进行后续实验。

图1：(a) 制备CaT; (b) CaT的ESP图; (c) CaT的 RDG图；(d）CaT的1 H NMR谱; (e) FTIR光谱; (f) 不同比例CaT的照片; (g) CaT的TEM图像和照片。(h)不同的比例CaT样品的粘度; (i) 不同的比例CaT的pH值。

二、微乳液体系的优化和评价

如图2所示，当T/S(Tween 80/Span 20)质量比为1:1时，微乳区面积最大，混合得到的水/IPM微乳液具有最佳的稳定性。通过DLS测试中粒径最小的组别，确定IPM和TS的比例，以此构建油包水型微乳液CaT-ME。此外，CaT-ME包载铜肽后形成的GHK-Cu/CaT-ME具有良好稳定性和生物安全性（图3）。

图2：(a) CaT-ME的制备示意图;(b)具有不同表面活性剂和助表面活性剂微乳的相图; (c) 不同IPM下CaT-ME的粒径分布。(d) CaT-ME的照片。

图3：(a) TEM图像; (b) Zeta电位; (c)粒径分布; (d)粒径分布变化; (e)实物图; (f)不同介质中铜肽的圆二色性; (g)离心前后GHK-Cu/CaT-ME的实物图; (h)不同培养基中铜肽的FTIR光谱; (i) CaT和CaT-ME对细胞的影响；(j)不同样品处理后的DPPH自由基清除率。

三、铜肽体外渗透性的评价

体外渗透实验证明了GHK-Cu/CaT-ME系统在递送铜肽方面具有较好效果。如图4所示，设置了PBS、左旋肉碱、酒石酸、CaT和CaT-ME五组对照，共聚焦显微镜测定结果显示，CaT-ME组的荧光强度更高，表明使用CaT-ME给药时铜肽在皮肤中保留最多。其他生物表征均表明，由CaT-ME传递的铜肽可以到达更深的皮肤层，且不会对皮肤组织产生伤害。

图4：(a) 体外渗透实验示意图; (b) 皮肤内的分布图; (d) 累积渗透量; (e) 皮肤层中铜肽的含量; (f) 皮肤的苏木精和伊红染色。

四、CaT-ME促进小鼠毛发生长

为了评估CaT-ME对小鼠毛发生长的影响，研究人员采用了带有FITC标记的铜肽进行皮肤渗透试验。如图5所示，在CaT-ME组的毛囊区域发现了铜肽且小鼠毛发密度更高。此外，H&E和Masson染色评估显示CaT-ME和CaT系统都能有效地促进铜肽的局部吸收，并具有显著的促进毛发生长的作用。

图5：(a) 小鼠脱发治疗实验示意图; (b) 不同组小鼠在给药后皮内渗透的代表性图像; (c) 毛发周期评分; (d) 不同组小鼠的毛发密度; (e和f) 不同组小鼠皮肤的苏木精和伊红（H&E）和Masson染色。

五、GHK-Cu/CaT-ME促进头发生长的机制

研究者进一步探讨了GHK-Cu/CaT-ME促进头发生长的机制。如图5所示的生物表征表明，CaT-ME诱导机体分泌更多的毛发生长因子和HGF，促进β-catenin、Ldha（糖降解酶）的表达。简单来说，刺激毛囊相关生长因子的表达，促进头皮细胞分化和分化以及毛囊上皮细胞增殖，激活Wnt/β-Catenin信号通路以及关键蛋白。

图6：(a,b) 皮肤中VEGF和HGF的表达水平; (c) 皮肤组织中CD31的代表性图像; (d) 皮肤组织中Ki67和β-连环蛋白的代表性图像; (e,f) Ldha和GAPDH表达数据; (g) 皮肤组织中p-GSK3β的代表性图像。

综上所述，这项研究通过理论计算、材料合成、细胞和动物体内评价等多维度实验，设计并开发了一种生物基IL微乳液系统用于铜肽的局部递送。各项研究表明该体系不仅显著提高了铜肽的渗透效率，而且还具有良好的稳定性和生物安全性。该体系的建立为类似活性成分的应用提供了新思路。

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第一/通讯作者简介

共同一作：刘天齐、刘迎 

刘天齐：哈尔滨工业大学（深圳）博士，主要研究生物基离子液体的设计和表征，自组装短肽技术的研究和超分子组装体系的构建。

刘迎：东北大学2021级硕士。主要从事可植入生物材料的设计和机制研究，自组装短肽技术的设计和功能研究用。

通讯作者：王密、张嘉恒

王密：哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院助理研究员，主要从事超分子材料的开发及其在电化学和生物医药领域的应用研究。在生物活性超分子领域：利用天然来源的酸碱活性成分作为原料，设计制备出多种超分子，实现了协同增效，并探索了其在生物医药和药物递送方面的应用。曾主持省市级科研项目各一项，已发表SCI论文30多篇，授权发明专利20多项。

张嘉恒：国家海外高层次人才，广东省珠江人才，深圳市索维奇智能新材料诺贝尔奖科学家实验室及深圳市孔雀团队核心成员，首届深圳五四青年标兵，2021年深圳市科技达人，2022年福布斯海归菁英TOP100，哈尔滨工业大学青年拔尖人才，哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院教授、博士生导师。共发表SCI论文200多篇，包括J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.， Chem. Rev.， Nature. Commun,，AM， AEM，AFM， 引用6500余次，h指数45。

主要研究方向包括：1.超分子在生物医药材料的制备与应用；2.超分子化学材料的模拟、仿真与计算；3.超分子能源材料的开发与应用；4.超分子电解液的设计和应用，5.航天推进燃料及含能材料的设计与制备等

课题组主页：

https://faculty.hitsz.edu.cn/zhangjiaheng

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资助信息

该研究获得国家自然科学基金项目（21703218）、深圳科技创新委员会（JCYJ20180507183907224、KQTD20170809110344233）、深圳经济贸易信息委员会通过石墨烯制造创新中心（201901161514）等的支持。

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原文信息

Liu, T.;  Liu, Y.;  Zhao, X.;  Zhang, L.;  Wang, W.;  Bai, D.;  Liao, Y.;  Wang, Z.;  Wang, M.; Zhang, J.

Thermodynamically stable ionic liquid microemulsions pioneer pathways for topical delivery and peptide application. 

Bioactive Materials 2024, 32, 502-513.

https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.10.002

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Bioactive Materials是一本高质量英文期刊，目前已经被SCIE、PubMed Central、Scopus、Embase收录。同时本刊还入选了2019年中国科技期刊卓越行动计划--“高起点新刊”项目。

2023年Bioactive Materials 获得影响因子18.9 ，在Materials Science，Biomaterials领域排名第一。

位于《2022年中国科学院文献情报中心期刊分区表》1区，TOP期刊。

CiteScore 2022: 19.7。