[ad_1]
Большинство вакцин, от кори до Covid-19, требуют серии нескольких прививок, прежде чем реципиент будет считаться полностью вакцинированным. Чтобы упростить достижение этой цели, исследователи Массачусетского технологического института разработали микрочастицы, которые можно настраивать для доставки своей полезной нагрузки в разные моменты времени, которые можно использовать для создания «самоусиливающихся» вакцин.
В новом исследовании исследователи описывают, как эти частицы разлагаются с течением времени и как их можно настроить для высвобождения своего содержимого в разные моменты времени. Исследование также дает представление о том, как содержимое может быть защищено от потери стабильности, пока оно ожидает публикации.
Используя эти частицы, которые напоминают крошечные кофейные чашки, закрытые крышкой, исследователи могут разработать вакцины, которые нужно будет вводить только один раз, а затем они будут «самоусиливать» в определенный момент в будущем. Частицы могут оставаться под кожей до тех пор, пока вакцина не будет высвобождена, а затем разрушаться, как и рассасывающиеся нити.
Исследователи говорят, что этот тип доставки вакцин может быть особенно полезен для вакцинации детей в регионах, где люди не имеют частого доступа к медицинской помощи.
«Эта платформа может быть широко применима ко всем типам вакцин, включая вакцины на основе рекомбинантных белков, вакцины на основе ДНК и даже вакцины на основе РНК», — говорит Ана Якленец, научный сотрудник Института интегративных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте. . «Понимание процесса высвобождения вакцин, которое мы описали в этой статье, позволило нам работать над составами, которые устраняют некоторую нестабильность, которая может возникнуть с течением времени».
Исследователи говорят, что этот подход также можно использовать для доставки ряда других терапевтических средств, включая лекарства от рака, гормональную терапию и биологические препараты.
Якленец и Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха в Массачусетском технологическом институте и член Института Коха, являются старшими авторами нового исследования, которое опубликовано сегодня в Научные достижения. Мортеза Сармади, научный сотрудник Института Коха и недавний кандидат наук Массачусетского технологического института, является ведущим автором статьи.
Поэтапный выпуск лекарств
Исследователи впервые описали свою новую технику микрообработки для изготовления этих полых микрочастиц в 2017 году. Наука бумага. Частицы сделаны из PLGA, биосовместимого полимера, который уже был одобрен для использования в медицинских устройствах, таких как имплантаты, нити и протезы.
Чтобы создать чашеобразные частицы, исследователи создают массивы силиконовых форм, которые используются для придания формы чашкам и крышкам из PLGA. После того, как массив полимерных стаканчиков был сформирован, исследователи использовали специально изготовленную автоматизированную систему дозирования, чтобы наполнить каждый стакан лекарством или вакциной. После того, как чашки заполнены, крышки выравниваются и опускаются на каждую чашку, и система слегка нагревается до тех пор, пока чашка и крышка не сольются вместе, герметизируя лекарство внутри.
Этот метод, называемый SEAL (штампованная сборка полимерных слоев), может использоваться для производства частиц любой формы и размера. В статье, недавно опубликованной в журнале Маленькие методыведущий автор Илин Садеги, постдоктор Массачусетского технологического института, и другие создали новую версию метода, который позволяет упростить и увеличить масштабы производства частиц.
В новом Научные достижения Исследователи хотели узнать больше о том, как частицы разлагаются с течением времени, что заставляет частицы высвобождать свое содержимое и можно ли повысить стабильность лекарств или вакцин, находящихся внутри частиц.
«Мы хотели механически понять, что происходит, и как эту информацию можно использовать для стабилизации лекарств и вакцин и оптимизации их кинетики», — говорит Якленец.
Их исследования механизма высвобождения показали, что полимеры PLGA, из которых состоят частицы, постепенно расщепляются водой, и когда достаточное количество этих полимеров разрушается, крышка становится очень пористой. Очень скоро после появления этих пор крышка разрывается, выплескивая содержимое.
«Мы поняли, что внезапное образование пор до момента высвобождения является ключом к этому пульсирующему высвобождению», — говорит Сармади. «Мы не видим пор в течение длительного периода времени, а затем внезапно видим значительное увеличение пористости системы».
Затем исследователи приступили к анализу того, как различные параметры дизайна, включая размер и форму частиц, а также состав полимеров, используемых для их изготовления, влияют на время высвобождения лекарства.
К своему удивлению, исследователи обнаружили, что размер и форма частиц мало влияют на кинетику высвобождения лекарства. Это отличает частицы от большинства других типов частиц для доставки лекарств, размер которых играет важную роль в выборе времени высвобождения лекарства. Вместо этого частицы PLGA высвобождают свою полезную нагрузку в разное время в зависимости от различий в составе полимера и химических групп, прикрепленных к концам полимеров.
«Если вы хотите, чтобы частица высвобождалась через шесть месяцев для определенного применения, мы используем соответствующий полимер, или если мы хотим, чтобы она высвобождалась через два дня, мы используем другой полимер», — говорит Сармади. «Широкий спектр приложений может извлечь выгоду из этого наблюдения».
Стабилизация полезной нагрузки
Исследователи также исследовали, как изменения pH окружающей среды влияют на частицы. Когда вода разрушает полимеры PLGA, побочные продукты включают молочную кислоту и гликолевую кислоту, которые делают окружающую среду более кислой. Это может повредить лекарства, содержащиеся в частицах, которые обычно представляют собой белки или нуклеиновые кислоты, чувствительные к рН.
В рамках продолжающегося исследования исследователи сейчас работают над способами противодействия этому увеличению кислотности, что, как они надеются, улучшит стабильность полезной нагрузки, переносимой внутри частиц.
Чтобы помочь с будущим дизайном частиц, исследователи также разработали вычислительную модель, которая может учитывать множество различных параметров дизайна и предсказывать, как конкретная частица будет разлагаться в организме. Этот тип модели можно использовать для руководства разработкой типа частиц PLGA, на котором исследователи сосредоточились в этом исследовании, или других типов частиц или медицинских устройств, изготовленных микрофабриками или напечатанными на 3D-принтере.
Исследовательская группа уже использовала эту стратегию для разработки самоусиливающейся вакцины против полиомиелита, которая сейчас проходит испытания на животных. Обычно вакцину против полиомиелита вводят в виде серии из двух-четырех отдельных инъекций.
«Мы считаем, что эти частицы оболочки ядра могут создать безопасную самоусиливающуюся вакцину для однократной инъекции, в которой можно создать коктейль из частиц с разным временем высвобождения путем изменения состава. Такой подход с одной инъекцией может не только улучшить соблюдение пациентом режима лечения, но и усилить клеточный и гуморальный иммунный ответ на вакцину», — говорит Лангер.
Этот тип доставки лекарств также может быть полезен для лечения таких заболеваний, как рак. В 2020 году Наука Трансляционная медицина Исследователи опубликовали статью, в которой они показали, что они могут доставлять лекарства, которые стимулируют путь STING, который способствует иммунным реакциям в среде, окружающей опухоль, в нескольких мышиных моделях рака. После инъекции в опухоль частицы доставляли несколько доз препарата в течение нескольких месяцев, что подавляло рост опухоли и уменьшало метастазирование у обработанных животных.
Исследование финансировалось Фондом Билла и Мелинды Гейтс.
[ad_2]
Source