Szczepionki 'samonapędzające się' mogą być szczepieniami przyszłości

Julie Stewart

4 sierpnia 2022 - Większość szczepionek nie jest jednorazowa. Aby wzmocnić swoją odporność na COVID-19, tężec i inne zakaźne zagrożenia, potrzebujesz serii szczepień przypominających. Może to oznaczać wielokrotne wizyty u lekarza, co kosztuje czas, a czasem i pieniądze.

Ale co by się stało, gdybyś mógł otrzymać tylko jeden zastrzyk, który sam się wzmacnia, gdy tylko potrzebujesz wzmocnienia ochrony?

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali mikrocząsteczki, które mogą być wykorzystane do stworzenia samonapędzających się szczepionek, które dostarczają swoją zawartość w starannie ustalonych punktach czasowych. W nowym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science Advances naukowcy opisują, w jaki sposób dostroili cząstki, aby uwolnić towar w odpowiednim czasie i oferują wgląd w to, jak mogą utrzymać cząstki stabilne do tego czasu.Jak mogłyby działać szczepionki samonapędzające się

Zespół opracował maleńkie cząsteczki, które wyglądają jak filiżanki do kawy - z tym, że zamiast ulubionego naparu, są wypełnione szczepionką.

"Można założyć pokrywkę, a następnie wstrzyknąć ją do organizmu, a kiedy pokrywka pęknie, wszystko, co jest w środku, zostanie uwolnione" - mówi autorka badania, dr Ana Jaklenec, naukowiec z Koch Institute for Integrative Cancer Research MIT.

Do produkcji maleńkich kubków naukowcy wykorzystują różne polimery (syntetyczne materiały przypominające plastik), które są już stosowane w medycynie, np. w rozpuszczalnych szwach. Następnie wypełniają kubki materiałem szczepionkowym, który jest suszony i łączony z cukrami i innymi stabilizatorami.

Cząstki mogą być wykonane w różnych kształtach i dopracowane przy użyciu polimerów o różnych właściwościach. Niektóre polimery utrzymują się w organizmie dłużej niż inne, więc ich wybór pomaga określić, jak długo wszystko pozostanie stabilne pod skórą po otrzymaniu zastrzyku i kiedy cząsteczki uwolnią swój ładunek. Mogą to być dni lub miesiące po wstrzyknięciu.

Jednym z wyzwań jest to, że w miarę otwierania się cząstek, środowisko wokół nich staje się bardziej kwaśne. Zespół pracuje nad sposobami ograniczenia tej kwasowości, aby materiał szczepionki był bardziej stabilny.

"Mamy trwające badania, które przyniosły kilka naprawdę, naprawdę ekscytujących wyników dotyczących ich stabilności i pokazujących, że jesteś w stanie utrzymać naprawdę wrażliwe szczepionki, stabilne przez dobry okres czasu", mówi autor badania Morteza Sarmadi, PhD, specjalista ds. badań w Instytucie Kocha.

Potencjalny wpływ na zdrowie publiczne

Badania te, finansowane przez Fundację Billa i Melindy Gatesów, rozpoczęły się z myślą o krajach rozwijających się.

"Zamiarem było faktycznie pomóc ludziom w krajach rozwijających się, ponieważ wiele razy ludzie nie wracają po drugi zastrzyk" - mówi autor badania Robert Langer, ScD, profesor Instytutu Davida H. Kocha w MIT.

Ale plan "one-shot" mógłby przynieść korzyści także krajom rozwiniętym. Jednym z powodów jest to, że szczepionki samonapędzające się mogą pomóc tym, którzy je otrzymają, w osiągnięciu wyższej odpowiedzi przeciwciał niż w przypadku jednej dawki. Może to oznaczać większą ochronę dla danej osoby i populacji, ponieważ w miarę jak ludzie rozwijają silną odporność, zarazki mają mniejsze szanse na rozwój i rozprzestrzenianie się.

Weźmy na przykład pandemię COVID-19. Tylko 67% Amerykanów jest w pełni zaszczepionych, a większość osób kwalifikujących się do otrzymania pierwszej i drugiej dawki szczepionki jeszcze ich nie otrzymała. Nowe warianty, takie jak niedawne Omicron, nadal pojawiają się i zarażają.

"Myślę, że te warianty miałyby o wiele mniejszą szansę na powstanie, gdyby wszyscy, którzy zaszczepili się za pierwszym razem, otrzymali powtórne zastrzyki, a tego nie zrobili" - mówi Langer.

Szczepionki samostrzykawkowe mogłyby być również korzystne dla niemowląt, dzieci, które boją się zastrzyków i starszych dorosłych, którzy mają trudności z uzyskaniem opieki zdrowotnej.

Ponadto, ponieważ materiał szczepionkowy jest zamknięty w kapsułce i jego uwalnianie może być rozłożone w czasie, technologia ta może pomóc ludziom w otrzymaniu w tym samym czasie wielu szczepionek, które obecnie muszą być podawane oddzielnie.

Co będzie dalej

Zespół testuje samonapędzające się szczepionki przeciwko polio i wirusowemu zapaleniu wątroby u zwierząt z rzędu naczelnych. W ciągu najbliższych kilku lat może dojść do niewielkich prób na zdrowych ludziach.

"Uważamy, że ta technologia ma naprawdę duży potencjał i mamy nadzieję, że uda się ją wkrótce rozwinąć i wejść w fazę testów na ludziach" - mówi Jaklenec.

W mniejszych modelach zwierzęcych badają potencjał szczepionek z samonapędzającym się mRNA. Współpracują też z naukowcami, którzy badają szczepionki przeciwko HIV.

"Ostatnio nastąpił pewien postęp, gdzie bardzo złożone schematy wydają się działać, ale nie są praktyczne", mówi Jaklenec. "I tak, to jest, gdzie ta konkretna technologia może być przydatna, ponieważ musisz prime i boost z różnych rzeczy, a to pozwala ci to zrobić".

Ten system może również wykraczać poza szczepionki i być stosowany do dostarczania terapii nowotworowych, hormonów i leków biologicznych w zastrzyku.

Dzięki nowej pracy z naukowcami z Uniwersytetu Georgia Tech, zespół będzie badał potencjał podawania samonapędzających się szczepionek poprzez drukowane w 3D mikroigły. Szczepionki te, które przyklejałyby się do skóry jak bandaż, mogłyby być podawane samodzielnie i stosowane na całym świecie w odpowiedzi na lokalne epidemie.