烧烤轻,结合显微针头,火花突破COVID-19疫苗交付
未来的疫苗交付可能依赖于日常用品如烧烤打火机和显微针头,多亏了独创性的乔治亚理工学院和埃默里大学的研究团队。
领导的研究人员,乔治亚理工学院的化学和生物分子工程,开发和测试一个创新的方法,大大简化了复杂的疫苗,包括COVID-19,通过手持electroporator。
虽然电穿孔是普遍采用在实验室使用短的电脉冲驱动分子进入细胞,目前技术要求大,复杂的和昂贵的设备,严重限制了其使用疫苗交付。佐治亚理工学院的方法的工作使用小说pen-size设备不需要电池,可以以低成本大规模生产。
团队的研究结果发表在10月20日发行的美国国家科学院院刊》上。
啊哈时刻
突破的灵感来自一个日常设备,人们使用开始烧烤:电子烧烤打火机。
“我的实验室发现,你可以用一些我们大家都熟悉的七月四日当我们做barbecue-a烧烤轻,“召回Saad Bhamla,化学和生物分子工程学助理教授在学校,每次单击轻解释,它生成一个简短的脉冲电点燃火焰。
他的团队内部的一个打火机和再造工程成一个小弹簧闩机制。设备创建相同的电场在皮肤上大笨重的电穿孔机器已经在使用,但使用普及,低成本的组件,不需要电池。
“我们啊哈时刻的是它没有电池或插入墙上,与传统的电穿孔设备,”他解释道。”,这些较轻的组件成本很低,而目前electroporators成本数千美元。”
款打火机设备搭配微针技术从佐治亚理工学院的实验室药导致了一个新的超低价电穿孔系统,或“ePatch。”
电极间距,降低电压
除了轻,一个关键创新紧密距电极和使用微极短。在常用的化妆品为潜在的医学应用,恢复皮肤和微通常不用作电极。耦合微针电极的微小的电穿孔脉冲发生器进行了有效的电气接口与皮肤和进一步降低ePatch的成本和复杂性。
据Mark Prausnitz,摄政王的教授和j·厄斯金爱Jr。椅子上化学和生物分子工程,他们microneedle-based系统使用电压与传统电穿孔相似,但是短脉冲的10000倍和用电极穿透幅英寸到皮肤表面。
“车距的针头会允许我们使用而不是毫秒微秒脉冲脉冲应用在传统电穿孔。这短脉冲,加上浅微针电极的位置,最大限度地减少神经和肌肉刺激,可以避免疼痛和抽搐,传统电穿孔常见的副作用,”他说。
“我们的目标是设计一个COVID-19疫苗接种方法,不仅使疫苗更有效,但也使用的设备简单、低成本、可制造的,”夏Dengning说,这项研究的第一作者工作时成为一名研究员佐治亚理工学院,目前在中国中山大学副教授。
“ePatch手持设备笔的大小,重量不到两盎司,和不需要电池或电源。它是通过简单地推一个按钮,这使得它非常容易使用,”他说。
免疫反应的测试
但是他们的系统可以用于疫苗产生免疫反应吗?
为了找到答案,研究人员与Chinglai杨的微生物学和免疫学副教授埃默里大学医学院的测试交付系统首先使用荧光蛋白质,以确保它工作,并提供一个实际COVID-19疫苗。他们选择一个实验性的DNA疫苗COVID-19作为他们的模型。
“一开始,我不确定它会成功当佐治亚理工学院让我在这个项目上合作,”杨说。“令人惊讶的是,即使在第一次尝试,它远远超出我的预期。使用这种方法与相同数量的疫苗,ePatch诱导几乎10倍提高免疫反应在肌内免疫或皮内注射没有电穿孔。它还没有显示出长期影响小鼠的皮肤。这意味着更容易实现保护,”他说。
简化电穿孔
研究人员说,ePatch也应该为信使核糖核酸疫苗接种工作,目前正在研究。
但设计简单,成本效益electroporator与DNA疫苗可以显著降低疫苗的成本和复杂性,因为它不需要冷冻起来存储mRNA的疫苗,这需要寒冷的气温,因为它们含有脂质纳米粒子。
“我们认为使DNA疫苗接种工作的关键是使电穿孔简单、低成本、可伸缩的,“Prausnitz说。
ePatch产生兴奋的健康专家,包括Nadine Rouphael希望诊所的医学教授和执行董事埃默里疫苗中心。她指出,今天的基因疫苗,信使rna或DNA,仍然昂贵要么作为一个全球性的解决方案,因为他们需要一个复杂的冷链和昂贵的制造业由于脂质纳米粒的配方mRNA交付或他们需要一个复杂的电穿孔设备DNA疫苗交付。
疫苗交付突破
”佐治亚理工学院的便携式和负担得起的电穿孔ePatch可以克服这些限制,可以是一个潜在的疫苗交付领域的游戏规则,”Rouphael预测。
研究人员已经寻找方法来完善他们的系统,研究如何优化免疫反应在皮肤上网站,将设备集成到一个单位。
”,将彻底改变疫苗接种过程,”杨说。
团队必须满足人体试验之前多个里程碑。普劳施尼预计将超过五年之前他们的发明可以完整的临床研究和广泛使用做好准备。他设想ePatch后更传统的设备比加速审批流程疫苗在大流行期间发生的批准。
所有四个研究人员回声Rouphael的热情ePatch民主化获得疫苗的潜在意义。Bhamla解释说,疫苗对于那些能负担得起他们工作和获得医疗资源,但这不是可行的大的发展中国家。
“我们知道COVID-19不会是最后一个大流行,“Bhamla说。“我们需要从成本以及设计的角度考虑如何简化和扩大我们的硬件,这些现代干预措施可以更公平地分散到世界达到更多的服务水平低下和资源不足的地区。”
进一步探索
