预防医学

《科学》子刊:科学家发明3D打印无创疫苗接种神器

作者:佚名 来源:奇点猛科技 日期:2017-03-14
导读

          说起注射,世界上大概有两类人会毛骨悚然,一类是糖尿病患者,一类是要接种疫苗的儿童。对于第一类患者,现在已经有很多公司在想招儿减轻患者的痛苦了,例如Intarcia Therapeutics(这个一年换一次的降血糖小棍,又融了2.15亿美元丨奇点实力派)。小朋友的接种问题还没有特别好的无创解决方案。

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        说起注射,世界上大概有两类人会毛骨悚然,一类是糖尿病患者,一类是要接种疫苗的儿童。对于第一类患者,现在已经有很多公司在想招儿减轻患者的痛苦了,例如Intarcia Therapeutics(这个一年换一次的降血糖小棍,又融了2.15亿美元丨奇点实力派)。小朋友的接种问题还没有特别好的无创解决方案。

        来自加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的Dorian Liepmann教授团队正在尝试解决疫苗的无创接种问题。因为他们认为,非侵入性的疫苗接种方法不仅可以减轻被接种人的恐惧和痛苦,还可以在流行疾病大爆发的时候,实现低成本、便捷的免疫接种,毕竟非侵入性的接种方法可以不需要医生。

 

        于是在Liepmann实验室博士后Kiana Aran的带领下,Liepmann的团队利用3D打印技术发明了一个无创的疫苗接种神器MucoJet,由于Aran和她同事的这项研究有可能改变疫苗的接种方式,她们的这项发明刊登在著名期刊《科学转化医学》上。

 

        无创疫苗接种神器MucoJet和注射针头比较

        当天,《科学》杂志给Liepmann团队的这一研究做了专题报道,《科学》杂志认为,这项技术可能有助于阻止通过嘴、鼻子或生殖器进入身体的病原体的感染,例如HIV、人乳头瘤病毒、流感病毒和淋球菌。MucoJet是一个15×7毫米的圆柱体,由内外两个胶囊组成,在外部胶囊里储存了约5滴水。 内部胶囊实际上是由两个独立的小室组成,靠近喷头(小孔直径为200微米)的小室里装的是疫苗,上面一个小室里含有粉状柠檬酸和碳酸氢钠,当接种的时候,我们用手挤压外面的胶囊,水就进到上面的小室了,这个时候,我们高中学的那个化学反应就发生了,对,产生了二氧化碳。

        MucoJet的结构和工作原理

        一分钟之后,气体在上面的消胶囊内形成强大的压力,冲破隔膜,推动活塞,瞬间将疫苗推出。疫苗贯穿口腔内膜,进入脸颊组织,激活相应的免疫细胞。「由于压力非常集中,喷口的直径非常小,所以疫苗就顺利地穿透口腔粘膜层,」Aran说。

        那么这个接种系统威力究竟如何呢?Aran团队决定用猪的粘膜层和脸颊组织试一试。于是他们在MucoJet的疫苗室里装上了卵清蛋白(一种免疫刺激蛋白),对照组用滴管滴卵清蛋白到同样的组织上(模拟口服疫苗)。三个小时之后,研究人员检测相应组织中卵清蛋白的含量,惊喜的发现使用MucoJet的实验组织的卵清蛋白是对照组的8倍。这就说明MucoJet确实能把疫苗送入脸颊的黏膜。然后,Aran团队做了一下调整,在一定程度上增加了推送的压力。她们发现,卵清蛋白的该药量是跟压力呈正相关的。

        如此看来,MucoJet的威力确实不小,接下来就要看通过脸颊接种究竟能不能激发动物的免疫系统。Aran在兔子身上做了这个实验。用的还是卵清蛋白,他们发现在兔子口腔内,MucoJet的给药能力是滴管的7倍。 最重要的是,用MucoJet接种卵清蛋白的兔子体内的关键免疫抗体浓度是滴管接种的数千倍。

        MucoJet在口腔起作用的机制

        研究人员没有比较MucoJet与注射接种对免疫系统激发的差异,但是她们表示,从之前的研究来看,MucoJet接种激发的免疫响应程度与注射不分伯仲。伯明翰阿拉巴马大学的粘膜免疫学家Jiri Mestecky说,MucoJet「看起来很有吸引力」。然而,作为粘膜疫苗的主要支持者,他Mestecky也不确定它是否能在接种人体内起作用。在Mestecky看来,兔子和人的脸颊组织可能有较大差异,与兔子相比,人的脸颊组织里可以被疫苗激活的免疫细胞相对较少。「脸颊免疫在人体研究中并不十分有效,」Mestecky说。

        此外,没有针头虽然是它的优势,但是由于每个人的脸颊对疫苗的吸收是不同的,不同疫苗的溶解度和渗透能力也是有差异的,与注射相比,剂量的控制可能挑战较大。

        Aran表示,对于这些问题,她们可以通过调整溶剂、喷嘴直径和喷射的压力来调节。而且,Aran在论文中指出,口腔黏膜中存在大量的免疫细胞,例如,树突细胞、郎格罕细胞、T淋巴细胞和粘膜相关淋巴组织,因此口腔是非常理想的免疫接种组织。至于物种之间的差异,她们打算下一步在猴子或其他更接近人类的动物中进行实验。

 

        《科学》杂志在采访Aran时,认为这个小小的喷射器在操作时,恐怕没那么方便。对于这个问题,Aran也有自己的考虑,她们打算把这个改进成「棒棒糖」形状的,这样一来接种的时候就可以用这个「棒棒糖」直接顶在脸颊上,轻而易举的完成接种。当然,如果喷头上真的有糖的话,小孩子应该更乐意于接种。Aran表示,MucoJet的发展的下一步是在大型动物体内开展真正的疫苗实验。 他们希望MucoJet可以在五到十年内投入临床使用。

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