Έρευνα αποδεικνύει τη βιωσιμότητα της τεχνολογίας μικροβελόνων άνευ ενέσεων, για την εφάπαξ χορήγηση εμβολίων

Για την καλύτερη κατανόηση του παρόντος διαβάστε πρώτα: 

Τα νανο-εμβόλια του κορονοϊού

Επιθέματα μικροβελόνων για τη χορήγηση εμβολίων και ψηφιακών τατουάζ

Ο ΚΟΡΩΝΟΪΟΣ ΔΙΝΕΙ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΗ ΩΘΗΣΗ ΣΤΗΝ ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΑΤΖΕΝΤΑ ΤΗΣ DARPA

****************

Η τεχνολογία μικροβελόνων προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών εμβολίων, συμπεριλαμβανομένης της ευκολίας εφαρμογής και της μείωσης των επικίνδυνων ιατρικών αποβλήτων 

UConn Today - Πανεπιστήμιο του Κονέκτικατ

Μια τεχνολογία μικροβελόνων - μίας χρήσης - που μπορούν να αυτοχορηγηθούν, αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο του Κονέκτικατ για την παροχή εμβολίων έναντι μολυσματικών ασθενειών και πρόσφατα επικυρώθηκε από προκλινικές ερευνητικές δοκιμές. 

Δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Nature Biomedical Engineering, η ανάπτυξη και η προκλινική δοκιμή των επιθεμάτων μικροβελόνων όπως αναφέρθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κονέκτικατ, στο εργαστήριο του Thanh Nguyen, βοηθού καθηγητή του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών και Βιοϊατρικής Μηχανικής. 

Η έννοια του εμβολιασμού με μια και μοναδική έγχυση, η οποία αναγνωρίζεται ως η προτιμώμενη προσέγγιση του εμβολιασμού από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας (ΠΟΥ), έχει διερευνηθεί για πολλά χρόνια. Προηγούμενες προσπάθειες για τη δημιουργία ενός τέτοιου εμβολίου μίας και μοναδικής ένεσης, περιλαμβάνουν μια τεχνολογία που ονομάζεται SEAL(StampEd Assembly of Polymer Layer) , η οποία αναπτύχθηκε το 2017 από τον Nguyen για τη δημιουργία μικροσωματιδίων εμβολιασμού με μια και μοναδική ένεση, που θα μπορούν να χορηγούν τα εμβόλια μετά από αρκετές καθορισμένες περιόδους, προσομοιάζοντας πολλαπλούς βλωμούς ενέσεων (σ.ι. Δηλαδή η χορήγηση θα γίνεται μια φορά γία όλες τις δόσεις - και για την πρώτη και για τις επαναληπτικές – με τις επαναληπτικές δόσεις να απελευθερώνονται αργότερα σε προκαθορισμένες χρονικές περιόδους). 

Ωστόσο, αυτά τα μικροσωματίδια απαιτούν μια μεγάλη βελόνα για την ένεση. Επιπλέον, υπάρχει επίσης ένας περιορισμένος αριθμός σωματιδίων που μπορούν να φορτωθούν στη βελόνα, πράγμα που σημαίνει ότι μόνο μια περιορισμένη δόση εμβολίου μπορεί να χορηγηθεί. Τελικά, τα μικροσωματίδια εξακολουθούν να απαιτούν παραδοσιακές ενέσεις, οι οποίες είναι οδυνηρές και παράγουν ανεπιθύμητα βιολογικά απόβλητα, τις χρησιμοποιημένες δηλαδή σύριγγες. 

«Έχει αναγνωριστεί εδώ και πολύ καιρό ότι υπάρχει ανάγκη εξάλειψης των πολλών ενέσεων στη συμβατική διαδικασία εμβολιασμού», λέει ο Thanh. «Ενώ οι ενισχυτικές και επαναληπτικές δόσεις εμβολίων είναι σημαντικές για τη διατήρηση της ανοσοπροστασίας, αυτές οι ενέσεις σχετίζονται με πόνο, υψηλό κόστος και περίπλοκα εμβολιαστικά προγράμματα , προκαλώντας την πολύ μειωμένη συμμόρφωση των ασθενών. Αυτό το ζήτημα γίνεται πιο προβληματικό για τους ασθενείς στις αναπτυσσόμενες χώρες λόγω της περιορισμένης πρόσβασης τους στην υγειονομική περίθαλψη. Σε τέτοια μέρη, οι γονείς με το ζόρι θυμούνται το πρόγραμμα εμβολιασμού και δεν μπορούν να ταξιδεύουν συνεχώς κάνοντας μεγάλες αποστάσεις με τα παιδιά τους προς τα ιατρικά κέντρα για να κάνουν πολλαπλές επαναληπτικές δόσεις εμβολίων. » 

Όπως περιγράφεται λεπτομερώς στο Nature Biomedical Engineering, για να ξεπεραστούν αυτά τα προβλήματα, το εργαστήριο του Nguyen στο Πανεπιστήμιο του Κονέκτικατ ανέπτυξε ένα έμπλαστρο μικροβελόνων, το οποίο απαιτεί μόνο μία χορήγηση για να εκτελέσει ακριβώς την ίδια προγραμματιζόμενη καθυστερημένη απελευθέρωση εμβολίου, όπως αυτή που γίνεται από τα μικροσωματίδια SEAL. 

Το έμπλαστρο μικροβελόνων δεν περιλαμβάνει οδυνηρές ενέσεις, προσφέροντας σημαντική βελτίωση από την πλευρά των ασθενών. Η εκτεταμένη έρευνα έδειξε ότι τα έμπλαστρα μικροβελόνων είναι σχεδόν ανώδυνα και μπορούν ακόμη και να αυτοχορηγούνται από τους ασθενείς στο σπίτι. Το έμπλαστρο είναι μικρό, φορητό και παρόμοιο με ένα έμπλαστρο νικοτίνης και μπορεί εύκολα να διανεμηθεί σε όλους τους ανθρώπους, σε όλο τον κόσμο, για αυτοχορήγηση σε περίπτωση πανδημίας, όπως η κρίση του COVID-19 , για να δημιουργηθεί γρήγορα μια παν-ανοσοποίηση σε παγκόσμια κλίμακα. 

Οι μικροβελόνες έχουν μια μικροδομή πυρήνα-κελύφους, στην οποία τα κελύφη των μικροβελόνων κατασκευάζονται από βιοαποικοδομήσιμο ιατρικό πολυμερές εγκεκριμένο από τον FDA για εμφυτεύματα, και προσφέρει μια μοναδική κινητική απελευθέρωση του φαρμάκου - η οποία επιτρέπει μια προγραμματισμένη εκρηκτική απελευθέρωση δόσεων εμβολίου για μια χρονική περίοδο από λίγες ημέρες έως και για περισσότερο από ένα μήνα, με μια μόνο χορήγηση. Οι μικροβελόνες μπορούν εύκολα να εισαχθούν και να ενσωματωθούν πλήρως στο δέρμα, χάρη στις μικροσκοπικές αιχμές και την ομαλή γεωμετρία τους. 

Για να δημιουργήσει αυτό το έμπλαστρο εμβολιασμού, ο Khanh Tran, διδακτορικός φοιτητής στο εργαστήριο του Nguyen και επικεφαλής συγγραφέας του δημοσιευμένου έργου, προσάρμοσε την τεχνολογία SEAL για τη συναρμολόγηση των διαφορετικών μερών των μικροβελόνων, συμπεριλαμβάνομένων ενός καλύματος, ενός κέλυφους και στον πυρήνα το εμβόλιο. Αυτά τα μέρη κατασκευάζονται με προσθετικό τρόπο, παρόμοιο με την τρισδιάστατη εκτύπωση για τη δημιουργία συστοιχιών μικροβελόνων με πυρήνα και κέλυφος, σε μια μεγάλη περιοχή 

Η ομάδα του Nguyen επινόησε αρκετές νέες προσεγγίσεις για να ξεπεράσει πολλά από τα προβλήματα της υπάρχουσας τεχνολογίας SEAL. Η βασική καινοτομία της νέας διαδικασίας παραγωγής τους είναι να βάλουν τα εμβόλια σε ένα μικροκέλυφος μέσα στο σήμα του πυρήνα των μικροβελόνων, και να εισάγουν ταυτόχρονα όλα τα κελύφη των πυρήνων του εμβολίου σε συστοιχίες μικροβελόνων, προσφέροντας μια μέθοδο κατασκευής παρόμοια με τη διαδικασία κατασκευής ενός τσιπ υπολογιστή, όπως φαίνεται σε αυτό το βίντεο: 

«Αυτό είναι ένα τεράστιο πλεονέκτημα, σε σύγκριση με την προηγούμενη τεχνολογία SEAL και άλλες παραδοσιακές μεθόδους για την κατασκευή φορέων εμβολίων, όπου το εμβόλιο εισάγεται πολλές φορές αργά με τη σειρά σε καθένα πολυμερικό κέλυφος», λέει ο Tran. 

Στις προκλινικές δοκιμές, οι ερευνητές εισήγαγαν μικροβελόνες γεμάτες με ένα κλινικά διαθέσιμο εμβόλιο (το Prevnar-13) στο δέρμα αρουραίων, με έναν ελάχιστα επεμβατικό τρόπο. Η εφαρμογή του επιθέματος δεν προκάλεσε ερεθισμό του δέρματος κατά τη διάρκεια παρατεταμένης εμφύτευσης και δημιούργησε υψηλή προστατευτική ανοσοαπόκριση έναντι μιας θανατηφόρου δόσης πνευμονοκοκκικών βακτηρίων. Τα αποτελέσματα από την εφάπαξ χορήγηση ήταν παρόμοια με αυτά από πολλαπλές ενέσεις του ίδιου εμβολίου σε περίοδο περίπου δύο μηνών. 

«Είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι για αυτό το επίτευγμα, καθώς για πρώτη φορά, ένα δερματικό έμπλαστρο χωρίς ενέσεις και μια μοναδική εφάπαξ χορήγηση, μπορεί να προγραμματίσει την απελευθέρωση εμβολίων σε διαφορετικές χρονικές στιγμές για να παρέχει μακροπρόθεσμη και αποτελεσματική ανοσολογική προστασία», λέει ο Nguyen.«Το έμπλαστρο μικροβελόνων θα μπορούσε να διευκολύνει την παγκόσμια προσπάθεια μίας πλήρους διαδικασίας εμβολιασμού για την εξάλειψη επικίνδυνων μολυσματικών ασθενειών και να επιτρέψει τη γρήγορη διανομή εμβολίων. Αυτό θα μπορούσε να επιφέρει καθολική προστασία σε παγκόσμια κλίμακα σε περίπτωση πανδημίας όπως του COVID-19 », λέει ο Nguyen. 

Σε αυτό το πλαίσιο, ο Nguyen και ο συνεργάτης του ο αναπληρωτής καθηγητής Steve Szczepanek στο Τμήμα Παθοβιολογίας και Κτηνιατρικής Επιστήμης του Κολλεγίου Γεωργίας, Υγείας και Φυσικών Πόρων έχουν επίσης λάβει επιχορήγηση ύψους 432,990 δολαρίων από το Υπουργείο Υγείας των ΗΠΑ (HHS BARDA) για την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας. 

Μελλοντικά, απαιτείται περισσότερη έρευνα για να χρησιμοποιηθούν τα επιθέματα μικροβελόνων κλινικά. Ενώ οι ερευνητές έχουν αποδείξει την δυνατότητα χρησιμοποίησης του έμπλαστρου για τα εμβόλια πνευμονιόκκοκου, άλλα εμβόλια θα απαιτούσαν διαφορετικές στρατηγικές σταθεροποίησης, ώστε να μπορούν να είναι λειτουργικά για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα εμφύτευσης εντός του δέρματος. 

Οι ερευνητές εργάζονται επίσης για τη βελτιστοποίηση και την αυτοματοποίηση της διαδικασίας κατασκευής, η οποία μπορεί να μειώσει το κόστος των επιθεμάτων μικροβελόνων για κλινική χρήση. Μελλοντικές εργασίες σε μεγαλύτερα ζωικά μοντέλα που μιμούνται στενά το ανθρώπινο ανοσοποιητικό σύστημα είναι επίσης απαραίτητες για την επαλήθευση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας των επιθεμάτων μικροβελόνων.