Микроигольный принтер для термостабильных вакцин от COVID

Природная биотехнология (2023 г.)Процитировать эту статью

19 тысяч доступов

2 цитаты

601 Альтметрика

Подробности о метриках

Децентрализованное производство термостабильных мРНК-вакцин в формате микроигольных пластырей (MNP) может улучшить доступ к вакцинам в сообществах с ограниченными ресурсами за счет устранения необходимости в холодовой цепи и обученном медицинском персонале. Здесь мы описываем автоматизированный процесс печати мРНК-вакцин MNP от коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) в автономном устройстве. Вакцинные чернила состоят из липидных наночастиц, наполненных мРНК, и смеси растворимых полимеров, которая была оптимизирована для обеспечения высокой биологической активности путем скрининга составов in vitro. Мы демонстрируем, что полученные МНЧ стабильны при хранении в течение как минимум 6 месяцев при комнатной температуре при оценке с использованием модельной конструкции мРНК. Эффективность загрузки вакцины и растворение микроигл позволяют предположить, что эффективные микрограммовые дозы мРНК, инкапсулированные в липидные наночастицы, могут быть доставлены с помощью одного пластыря. Иммунизация мышей с использованием МНЧ, полученных вручную, с мРНК, кодирующей рецептор-связывающий домен шиповидного белка коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2), стимулирует долгосрочные иммунные реакции, аналогичные реакциям при внутримышечном введении.

Невакцинированные сообщества в странах с низким и средним уровнем дохода подвергаются высокому риску повторных вспышек коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) и других инфекционных заболеваний1, которые увеличивают смертность, способствуют появлению более опасных вариантов и негативно влияют на экономику2. Массовой вакцинации в этих сообществах препятствуют такие проблемы, как неадекватная инфраструктура хранения и транспортировки, совместимая с холодовой цепью, а также недостаточное количество медицинского персонала3,4. Распределенные локальные системы производства подходящих вакцин предлагают потенциальное решение. Многообещающим форматом вакцины в этих регионах являются термостабильные микроигольные пластыри (MNP)5,6,7,8. МНП можно применять самостоятельно, они менее болезненны, чем внутримышечные (ВМ), не образуют острых отходов, могут быть составлены так, чтобы оставаться стабильными при хранении в течение нескольких месяцев, и их можно использовать с несколькими типами вакцин, включая различные нуклеиновые кислоты9,10,11, 12,13,14. В контексте COVID-19 мРНК-вакцины, инкапсулированные в липидные наночастицы (LNP), например вакцины, производимые Moderna и Pfizer-BioNTech, доказали свою высокую эффективность в предотвращении тяжелых заболеваний. Насколько нам известно, ранее не сообщалось о внутрикожной (ID) доставке мРНК-вакцины в носителе LNP с использованием MNP с долгосрочной термостабильностью.

Производство MNP создает новые проблемы в изготовлении, загрузке и масштабируемости, которые замедляют их развитие, несмотря на то, что они идеально подходят для развертывания в регионах с низкими ресурсами15,16,17,18. Для точного дозирования и адекватного проникновения в кожу микроиглы должны быть острыми и иметь одинаковый размер от партии к партии19. МНЧ ограничены небольшим объемом, доступным для загрузки вакцины, особенно когда вспомогательные вещества необходимы для стабилизации лабильных антигенов20. МНЧ обычно изготавливаются вручную с использованием трудоемких, ручных и неточных операций, таких как центрифугирование, что затрудняет последовательное автоматизированное производство с использованием этих методов21.

Здесь мы описываем микроигольный принтер вакцин (MVP) для изготовления растворимых MNP, загруженных мРНК-вакцинами, инкапсулированными в LNP, или другими грузами (рис. 1a-c). Интеграция процесса изготовления микроигл в отдельное модульное устройство представляет собой уникальную задачу. Формирование микроигл, которое обычно достигается путем формования22, изготовления капель23, струйной печати24,25 или 3D-печати26,27,28, должно производить микроиглы с острыми, точными характеристиками микронного размера. Заполнение пресс-форм должно осуществляться с помощью повторяемого процесса, который сводит к минимуму количество отходов, уменьшает количество движущихся частей, не требует взаимодействия с пользователем и интегрируется в автоматизированный рабочий процесс, управляемый машиной. При каждом запуске MVP распределяет вакцинные чернила, заполняет формы с микроиглами, не разрушая чернила, используя вакуум для удаления воздуха из формы, и ускоряет сушку с помощью автоматизированного рабочего процесса с минимальным вмешательством человека. Автоматизированный рабочий процесс объединяет высокоточный роботизированный дозатор, программируемую вакуумную камеру и модульные подвижные платформы, содержащие многоразовые формы для микроигол. Процесс, используемый в устройстве, основан на применении вакуума, совместим с широким спектром конструкций MNP и оптимизирован для минимизации отходов вакцин.