טיפול במיקרו-מחטים לא רק זורח בבהירות ביישומים קליניים, אלא גם משחק תפקיד חשוב יותר ויותר בפיתוח תרופות ובמחקר מדעי בסיסי. הוא מספק למדענים כלי חסר תקדים לחקר תפקוד מחסום העור, המנגנון של חדירת תרופות דרך העור ורכישה זעיר פולשנית של דגימות ביולוגיות.

במהלך שלב הפיתוח של התרופה, תפקוד הליבה של המיקרו-מחטים בא לידי ביטוי במודל הערכה חוץ-עורית למתן תרופות. תא הדיפוזיה המסורתי של פרנץ דורש שימוש בעור מבודד, מריחת התרופה על פני העור, ולאחר מכן מדידת ריכוז התרופה בתא הקבלה. שיטה זו גוזלת זמן-, יש לה יכולת חזרה גרועה ואינה יכולה לדמות את המצב המכני האמיתי של העור. מערך המיקרו-מחטים יכול לשמש כ"כלי ניקוב עור" סטנדרטי, יצירת מיקרו-ערוצים אחידים ועקביים על עור מבודד, ובכך לבסס פלטפורמת סינון טרנס-דרמלית תפוקה גבוהה-. חברות תרופות יכולות להשתמש בפלטפורמה זו כדי לבדוק במהירות את השיעורים הטרנס-דרמליים של פורמולציות ותרכובות שונות במשקל מולקולרי שונה בסיוע מיקרו-מחטים, ובכך לסנן את ערכת אספקת התרופות האופטימלית.

במחקר בסיסי, תפקידן של המיקרו-מחטים טמון במניפולציה המדויקת של המיקרו-סביבת העור. חוקרים יכולים להשתמש במיקרו-מחטים באורכים ובצפיפות שונים כדי לחקור את התפלגות תאי החיסון, את צפיפות קצות העצבים ואת רשת כלי הדם בשכבות שונות של העור. לדוגמה, על ידי הזרקת חותמים המסומנים פלואורסצנטית לעומקים ספציפיים באמצעות מיקרו-מחטים ולאחר מכן התבוננות בנתיבי הדיפוזיה שלהם בעור באמצעות מיקרוסקופ שני-פוטונים, ניתן לחשוף את הדינמיקה של ניקוז לימפה ופינוי תרופות בעור. נתונים אלו חיוניים להבנת הפתוגנזה של מחלות עור ואופטימיזציה של אסטרטגיות אספקת תרופות.

תפקידן של מיקרו-מחטים באיסוף דגימות ביולוגיות הקל מאוד על מחקר מדעי. ביופסיות עור מסורתיות דורשות הסרה כירורגית של גושי רקמות, הגורמים לטראומה משמעותית והצטלקות. מערכי Microneedle יכולים לאסוף מאות ליבות רקמה זעירות בבת אחת, כל אחת בקוטר של כמה מאות מיקרומטרים בלבד ועם עומק שניתן לשליטה. דגימות מיקרו-רקמות אלו יכולות להיות נתונות לצביעה היסטולוגית, ניתוח ביטוי גנים ומחקר פרוטאומי, והפצעים הקטנים באתר התורם יכולים להחלים תוך מספר ימים. טכנולוגיית "ביופסיה זעיר פולשנית" זו מאפשרת לעקוב לאורך התפתחות נגעי העור, למשל במחקרים על פסוריאזיס או סרטן עור, בהם ניתן לבצע דגימות חוזרות ונשנות מבלי להשפיע על איכות החיים של המטופל.

יתר על כן, מיקרומחטים מדגימות גם פונקציות ייחודיות בתחומי התאים והתרפיה הגנטית. על ידי טעינת חלבונים טיפוליים המקודדים ל-mRNA או מערכות עריכת גנים CRISPR-Cas9 לתוך מיקרו מחטים מסיסות, הם יכולים להעביר ישירות לתאי העור. שיטת מסירה שאינה-ויראלית זו מונעת את הסיכונים האימונוגניות והאינטגרציה הנגרמים על ידי וקטורים ויראליים מסורתיים. במודלים של עכברים, חיסון ה-mRNA הנמסר על ידי מיקרו-מחטים גרם בהצלחה לתגובה חיסונית אנטי- חזקה. טיפול במיקרו-מחטים מתפתח מכלי מסירה פשוט לפלטפורמה רב תכליתית המחברת בין מחקר בסיסי לתרגום קליני, ומניעה את קצב החדשנות של תעשיית הביו-פרמצבטיקה כולה.