Na MIT pracują nad szczepionką, która sama poda dawki przypominające

Większość szczepionek wymaga wielokrotnego podania przed osiągnięciem maksymalnej odporności przez osobę zaszczepioną. Badacze z MIT postanowili zaradzić temu problemowi i opracowali mikrocząstki, które można dopasować tak, by uwalniały swoją zawartość w określonych momentach. W ten sposób mikrocząstki wprowadzone do organizmu podczas pierwszego szczepienia, samodzielnie uwalniałyby w określonym czasie dawki przypominające.

Tego typu szczepionka byłaby szczególnie przydatna podczas szczepień dzieci w tych regionach świata, gdzie dostęp do opieki medycznej jest utrudniony. Podanie kolejnych dawek nie wymagałoby wówczas trudnego organizacyjnie i logistycznie spotkania z lekarzem czy pielęgniarką.

Nasza platforma może być stosowana do wszelkich typów szczepionek, w tym do rekombinowanych szczepionek antygenowych, bazujących na DNA czy RNA. Zrozumienie procesu uwalniania szczepionki, który opisaliśmy w naszym artykule, pozwoliło na poradzenie sobie z problemem niestabilności szczepionki, który może pojawić się w czasem, mówi Ana Jaklenec z Koch Institute for Integrative Cancer Research na MIT. Twórcy nowej platformy dodają, że można ją dostosować do podawania innych środków, np. leków onkologicznych czy preparatów używanych w terapii hormonalnej.

Zespół z MIT już w 2017 roku opisał nową technikę produkcji pustych mikrocząsteczek z PLGA. To biokompatybilny polimer, który jest od dłuższego czasu zatwierdzony do stosowania w implantach, protezach czy niciach chirurgicznych. Technika polega na stworzeniu silikonowych matryc, w którym PLGA nadaje się kształt przypominający filiżanki oraz pokrywki. Następnie „filiżanki” z PLGA można wypełniać odpowiednią substancją, przykryć pokrywką i delikatnie podgrzać, by „filiżanka” i pokrywka się połączyły, zamykając substancję w środku.

Teraz naukowcy udoskonalili swoją technikę, tworząc wersję, pozwalającą na uproszczoną i bardziej masową produkcję cząsteczek. W artykule opublikowanym na łamach Science Advances opisują, jak dochodzi do degradacji cząsteczek w czasie, co powoduje uwalnianie zawartości „filiżanek” oraz w jaki sposób zwiększyć stabilność szczepionek zamkniętych w cząsteczkach. Chcieliśmy zrozumieć mechanizm tego, co się dzieje oraz w jaki sposób informacja ta pomoże nam na ustabilizowanie szczepionek, mówi Jaklenec.

Badania pokazały, że PLGA z którego zbudowane są mikrocząsteczki, jest stopniowo rozbijany przez wodę. Materiał staje się stopniowo porowaty i bardzo szybko po pojawieniu się pierwszych porów, rozpada się, uwalniając zawartość „filiżanek”.
Zrozumieliśmy, że szybkie tworzenie się porów jest kluczowym momentem. Przez długi czas nie obserwujemy tworzenia się porów. I nagle porowatość materiału wzrasta i dochodzi do jego rozpadu, dodaje jeden z badaczy, Morteza Sarmadi. Po tym odkryciu naukowcy zaczęli badać, jak różne elementy, w tym wielkość i kształt cząstek czy skład polimeru, wpływają na formowanie się porów i czas uwalniania zawartości. Okazało się, że kształt i wielkość cząstek nie mają wielkiego wpływu na uwalnianie zawartości. Decydujący okazał się skład polimeru i grupy chemiczne do niego dołączone. Jeśli chcesz, by zawartość „filiżanek” uwolniła się po 6 miesiącach, musisz użyć odpowiedniego polimeru, a jeśli ma się uwolnić po 2 dniach, to trzeba użyć innego polimeru. Widzę tutaj szerokie pole do zastosowań, dodaje Sarmadi.

Osobnym problemem jest stabilność środka zamkniętego w mikrocząsteczkach. Gdy woda rozbija PLGA produktami ubocznymi tego procesu są m.in. kwas mlekowy i kwas glikolowy, które zakwaszają środowisko. To zaś może doprowadzić do degeneracji leków zamkniętych w cząsteczkach. Dlatego też naukowcy z MIT prowadzą właśnie badania, których celem jest przeciwdziałanie zwiększenia kwasowości przy jednoczesnym zwiększeniu stabilności leków zamkniętych w „filiżankach”. Powstał też specjalny model komputerowy, który oblicza, jak mikrocząsteczka o konkretnej architekturze będzie ulegała rozpadowi w organizmie.

Korzystając z tego modelu naukowcy stworzyli już szczepionkę na polio, którą testują na zwierzętach. Szczepionkę na polio trzeba podawać od 2 do 4 razy, testy pokażą, czy po jednorazowym podaniu dojdzie do uwolnienia dawek przypominających w odpowiednim czasie.

Nowa platforma może być też szczególnie przydatna podczas leczenia nowotworów. Przeprowadzone wcześniej testy wykazały, że po jednorazowym wstrzyknięciu w okolice guza, zamknięty w mikrokapsułkach lek został uwolniony w kilkunastu dawkach na przestrzeni kilkunastu miesięcy i doprowadził do zmniejszenia guza i ograniczenia przerzutów u myszy.

szczepionka dawka przypominająca PLGA mikrocząsteczki