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未来疫苗注射可用“微针高分子贴片”,可定制、无需冷藏!
来源:雅式橡塑网    作者:章健玲    日期:2021.11.11

最近,全国各地学生们都在开始接种新冠疫苗!随着学生疫苗接种的落地推进,将3-11岁人群起到保护作用,另一方面有利于“外防输入、内防反弹”,有利于中国总体疫情防控。

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还没带孩子打疫苗的爸妈抓紧时间约好时间接种哈!

 

与此同时,美国也在同步推进5-11岁儿童的接种事宜。白宫新冠应对协调员杰夫·齐恩茨(Jeff Zients)在报告中声称,白宫为全美该年龄段所有的2800万名儿童提供了充足的疫苗储备。


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可以说,随着全球学生群体疫苗接种计划的推进,对全球疫苗注射器的需求量也将同步上升。

 

然而,受疫情的影响,部分地区在疫苗的运输和交付上面临挑战。特别是在资源有限的国家,疫苗需要实现低温冷藏和运输,并由训练有素的医护人员进行接种注射。部分接种者还由于害怕针头而迟迟不愿采用传统注射器进行注射。这些情况影响了疫苗大规模推广接种的速度,但也为医疗技术的创新带来契机。

 

为应对这些挑战,不少科研团队正在加速研发相关“无针贴片”注射器,通过采用高分子材料贴片,每个微针的高度都小于一毫米,可以将疫苗输送到皮肤中。这种技术可以产生比肌肉注射更多的抗原呈递细胞(疫苗的目标)。

 

可定制化的无针贴片

 

由田少民(Shaomin Tian音译)和约瑟夫•德西蒙领导的北卡罗来纳大学和美国斯坦福大学的研究团队利用连续液体界面生产 (CLIP) 3D 打印技术制造出带有不同尺寸及形状微针的疫苗贴片。

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定制化的微针疫苗贴片

 

CLIP 通过在液态树脂的界面触发光化学反应,将树脂固化成固态来发挥作用。它依赖于精心管理光树脂相互作用的可调光序列。

 

到目前为止,3D 打印的贴片无法提供如此高水平的定制,导致需要借助模具制造出类似钉床的贴片。随着时间的推移,重复使用模具会降低所产生的微针的锋利度,最终限制了疫苗的效率。

 

“我们的方法使我们能够直接 3D 打印微针,这提供了很大的设计空间,可以从性能和成本的角度来制造最好的微针。” 田少民说。

 

团队选择的针设计形状像一棵枞树,这增加了它的表面积和负载(比传统的金字塔设计多36% 的负载)。与传统皮下注射相比,含有常见模型抗原(卵清蛋白)和免疫刺激剂 CpG 的贴剂在初次免疫后诱导的免疫反应高20倍,在小鼠加强注射后诱导的免疫反应高 50 倍。

 

无需冷藏的微针贴片

 

在中国,由国家纳米科学技术中心的聂广军和王海以及北京东方医院的李慧领导的团队设计了一种不需要冷藏的微针贴片。

 

该贴片由100根可生物降解的微针组成,每根的直径仅为蜜蜂毒刺直径的十分之一,安装在聚醋酸乙烯背衬层和一层热响应聚合物 PNIPAM-B 的顶部。

 

要释放针头上的载体,需要分离背衬层并将针头留在表皮内。PNIPAM-B 层通过一个有趣的特性实现了这种释放:它在室温下是疏水的,但当温度低于 14-16°C 时会变成亲水。利用这一特性,通过冲洗三分钟降低皮肤温度,贴片的背层可以很容易地与皮肤分离,将微针留在皮肤中。

 

该团队使用基于 DNA 序列(比 mRNA 疫苗更稳定)的疫苗在小鼠身上测试了该贴片,该疫苗将 SARS-CoV-2 刺突蛋白或核衣壳蛋白编码到无毒纳米粒子的表面。研究人员观察到强大而有效的适应性免疫,无论是新鲜制备的贴片还是在室温下储存两周的贴片。

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有趣的是,在这两种类型的贴片之间没有发现免疫反应的降低,这表明未来疫苗可以绕过冷藏的需要。其他实验表明,DNA 疫苗甚至可以在室温下储存至少一个月。

 

该研究意味着未来疫苗注射器可以是无需冷藏的无针贴片,这将有助于提高疫苗的运输、存储和管理效率,同时还可以较低剂量诱导更高的免疫反应。

 

像打火机点火一样的微针贴片

 

从烧烤用的打火机受启发,佐治亚理工学院一个研究团队设计出一款无需电池的电穿孔设备,可用作新冠疫苗注射器。

 

据介绍,研究人员发现打火机在没有采用电池的情况下,通过气体和电火花的摩擦生成火苗。研究人员希望能够将打火机的电火花原理运用到电极阵列的微针贴片e-Patch。当该装置压在皮肤上的时候,它会启动电穿孔并将 DNA 疫苗输送到治疗区域的细胞内。


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无需电池的电穿孔注射器

 

研究人员表示,电穿孔可向组织施加电脉冲,这会导致细胞膜上的小孔打开,从而使遗传物质不受阻碍地进入细胞。该技术作为一种传递遗传物质的手段是有效的,但电穿孔设备通常既昂贵又笨重,这意味着它不适合实验室外的常规使用。


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大部分新冠疫苗由 DNA 组成。这意味着 DNA 被包裹在脂质纳米颗粒中以帮助它进入细胞。然而,这种脂质颗粒增加了这些疫苗使用的复杂性和费用,并且可能意味着它们需要冷藏。这使得许多没有冷链运输的国家难以获得它们。


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该注射器的设计原理图

 

参与这项研究的研究员萨德•巴姆拉 (Saad Bhamla) 在佐治亚理工学院的一份声明中说。“我们惊喜地发现它无需安装电池或插头,这与传统的电穿孔设备不同。传统的电穿孔器通常需要数千美元,但ePatch采用的轻巧组件只需几美分。”

 

目前,研究人员已经在小白鼠上进行ePatch的疫苗注射测试,实验效果表明,与传统的皮内注射相比,采用ePatch注射的疫苗诱导的免疫反应几乎提高了十倍,尚未出现对小白鼠皮肤的持久影响。

 

资料原创编译自Physics World 、medgadget,转载请注明来自“CPRJ塑料橡胶”公众号或雅式橡塑网(AdsaleCPRJ.com)


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