La nueva tecnología puede proporcionar inmunización contra enfermedades infecciosas

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Una tecnología de microagujas autoadministrada de un solo uso desarrollada por el cuerpo docente de UConn para proporcionar inmunización contra enfermedades infecciosas ha sido validada recientemente por ensayos de investigación preclínica.

Publicado recientemente en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza, investigadores de la UConn en el laboratorio de Thanh Nguyen, profesor asistente en los Departamentos de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Biomédica, informaron sobre el desarrollo y las pruebas preclínicas de los parches de microagujas.

El concepto de vacuna de inyección única, que la Organización Mundial de la Salud (OMS) reconoce como un método de vacunación preferible, se ha investigado durante muchos años.

Los esfuerzos anteriores para crear una vacuna de inyección única de este tipo incluyen una tecnología llamada SEAL (StampEd Assembly of Polymer Layer), desarrollada en 2017 por Nguyen, para crear micropartículas de vacuna de inyección única que pueden administrar vacunas después de varios períodos definidos, simulando múltiples inyecciones de bolo.

Sin embargo, estas micropartículas requieren una aguja grande para la inyección. Además, también hay un número limitado de partículas que se pueden cargar en la aguja, lo que significa que solo se puede administrar una dosis limitada de vacuna.

En última instancia, las micropartículas aún requieren inyecciones tradicionales, que son dolorosas y producen desechos de riesgo biológico desfavorables a partir de jeringas afiladas desechadas. Un pequeño parche de microagujas sostenido entre los dedos enguantados de un investigador de la UConn. Un parche de microagujas. (Cortesía de Thanh Nguyen)

Se ha reconocido durante mucho tiempo que existe la necesidad de eliminar muchas inyecciones en el proceso de vacunación convencional. Si bien el refuerzo y las inyecciones repetidas de vacunas son importantes para mantener la protección inmunológica, estas inyecciones están asociadas con dolor, altos costos e inyección complicada. horarios, lo que provoca un muy bajo cumplimiento del paciente. “

Thanh Nguyen, profesor asistente, Departamento de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Biomédica, Universidad de Connecticut

El problema se vuelve más problemático para los pacientes de los países en desarrollo debido a su acceso limitado a los proveedores de atención médica. En esos lugares, los padres luchan por recordar el horario y no pueden permitirse viajar largas distancias repetidamente con sus hijos a los centros médicos para recibir múltiples dosis de refuerzo de vacunas “.

Como se detalla en Ingeniería Biomédica de la Naturaleza, para superar estos problemas, el laboratorio de Nguyen en UConn desarrolló un parche cutáneo de microagujas, que solo requiere una sola administración para realizar exactamente la misma liberación retardada programable de vacuna, que la obtenida de las micropartículas SEAL.

El parche de microagujas evita las dolorosas inyecciones, ofreciendo una mejora significativa desde la perspectiva de los pacientes.

Una extensa investigación ha demostrado que los parches cutáneos con microagujas son casi indoloros e incluso los pacientes pueden autoadministrarse en casa.

El parche es pequeño, portátil y similar a un parche de nicotina, que podría distribuirse fácilmente a todas las personas del mundo para su autoadministración en el caso de una pandemia como la crisis de COVID-19 para crear rápidamente una paninmunidad en la escala global.

Las microagujas tienen una microestructura de núcleo-capa, en la que las cubiertas de microagujas están hechas con polímero médico biodegradable que está aprobado por la FDA para implantes y ofrece una cinética de liberación de fármacos única, que permite una liberación de ráfaga preprogramada de cargas de vacuna durante un período de desde unos pocos días hasta más de un mes desde una sola administración.

Las microagujas se pueden insertar fácilmente e incrustar completamente dentro de la capa dérmica, gracias a las puntas minúsculas y la geometría suave de las agujas.

Para crear este parche de microagujas de vacuna, Khanh Tran, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Nguyen y el autor principal del trabajo publicado, adaptó la tecnología SEAL para ensamblar diferentes componentes de microagujas, incluida una tapa, una cubierta y un núcleo de vacuna.

Estos componentes se fabrican de manera aditiva, similar al enfoque de la impresión 3D, para crear matrices de microagujas de núcleo-capa en un área grande.

El equipo de Nguyen ideó varios enfoques nuevos para superar muchos problemas de la tecnología SEAL existente.

La novedad clave de su nuevo proceso de fabricación es micro-moldear las vacunas en la forma del núcleo de microagujas e insertar todos los núcleos de vacuna moldeados en matrices de cubiertas de microagujas al mismo tiempo, ofreciendo un método de fabricación similar al proceso de fabricación. de chips de computadora.

“Esta es una ventaja tremenda, en comparación con el SEAL previamente informado y otros métodos tradicionales para fabricar portadores de vacunas, en los que la vacuna a menudo se llena lentamente, uno por uno, en cada caparazón / portador polimérico”, dice Tran.

En los ensayos preclínicos, los investigadores insertaron microagujas cargadas con una vacuna clínicamente disponible (Prevnar-13) en la piel de ratas de una manera mínimamente invasiva.

La aplicación del parche no causó irritación de la piel durante la implantación a largo plazo y desencadenó una alta respuesta de protección inmunológica contra una dosis letal de bacterias neumocócicas infecciosas.

Los resultados de la administración única fueron similares a los obtenidos con múltiples inyecciones de la misma vacuna durante un período de aproximadamente dos meses.

“Estamos muy entusiasmados con este logro, ya que, por primera vez, se puede preprogramar un parche para la piel sin inyecciones y de uso único para liberar vacunas en diferentes momentos a fin de brindar una protección inmunológica eficaz y a largo plazo”, dice Nguyen. .

“El parche de microagujas podría facilitar el esfuerzo mundial para un proceso de vacunación completo para erradicar enfermedades infecciosas peligrosas y permitir una distribución rápida de vacunas. Esto podría crear una protección inmunológica pancomunitaria a escala mundial en el caso de una pandemia como la COVID-19 “, dice Nguyen.

En este sentido, Nguyen y su colaborador, el profesor asociado Steve Szczepanek en el Departamento de Pathobiología y Ciencias Veterinarias de la Facultad de Agricultura, Salud y Recursos Naturales también recibieron un contrato de $ 432,990 del Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (HHS ) BARDA para desarrollar esta tecnología.

Mirando hacia el futuro, se necesita más investigación para que el parche de microagujas sea de uso clínico. Si bien los investigadores han demostrado la capacidad de usar el parche para las vacunas neumocócicas, diferentes vacunas requerirían diferentes estrategias de estabilización para que puedan ser funcionales durante un largo período de implantación dentro de la piel.

Los investigadores también están trabajando en la optimización y automatización del proceso de fabricación, que puede reducir el costo del parche cutáneo de microagujas para uso clínico.

También se necesitan trabajos futuros en modelos animales más grandes que imiten de cerca el sistema inmunológico humano para verificar la seguridad y eficacia de las plataformas de microagujas.

Fuente:

Referencia de la revista:

Tran, KTM, et al. (2020) Microagujas transdérmicas para la liberación de ráfagas programables de múltiples cargas útiles de vacunas. Ingeniería Biomédica de la Naturaleza. doi.org/10.1038/s41551-020-00650-4.

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