科學(xué)家發(fā)明3D打印無創(chuàng)疫苗接種神器
說起注射,世界上大概有兩類人會毛骨悚然,一類是糖尿病患者,一類是要接種疫苗的兒童。對于第一類患者,現(xiàn)在已經(jīng)有很多公司在想招兒減輕患者的痛苦了,例如Intarcia Therapeutics(這個一年換一次的降血糖小棍,又融了2.15億美元丨奇點實力派)。小朋友的接種問題還沒有特別好的無創(chuàng)解決方案。
來自加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkeley)的Dorian Liepmann教授團隊正在嘗試解決疫苗的無創(chuàng)接種問題。因為他們認為,非侵入性的疫苗接種方法不僅可以減輕被接種人的恐懼和痛苦,還可以在流行疾病大爆發(fā)的時候,實現(xiàn)低成本、便捷的免疫接種,畢竟非侵入性的接種方法可以不需要醫(yī)生。
Dorian Liepmann教授(頭發(fā)灰白者)團隊
于是在Liepmann實驗室博士后Kiana Aran的帶領(lǐng)下,Liepmann的團隊利用3D打印技術(shù)發(fā)明了一個無創(chuàng)的疫苗接種神器MucoJet,由于Aran和她同事的這項研究有可能改變疫苗的接種方式,她們的這項發(fā)明刊登在著名期刊《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》上(1)。
無創(chuàng)疫苗接種神器MucoJet和注射針頭比較
當(dāng)天,《科學(xué)》雜志給Liepmann團隊的這一研究做了專題報道,《科學(xué)》雜志認為,這項技術(shù)可能有助于阻止通過嘴、鼻子或生殖器進入身體的病原體的感染,例如HIV、人乳頭瘤病毒、流感病毒和淋球菌(2)。
MucoJet是一個15×7毫米的圓柱體,由內(nèi)外兩個膠囊組成,在外部膠囊里儲存了約5滴水。 內(nèi)部膠囊實際上是由兩個獨立的小室組成,靠近噴頭(小孔直徑為200微米)的小室里裝的是疫苗,上面一個小室里含有粉狀檸檬酸和碳酸氫鈉,當(dāng)接種的時候,我們用手擠壓外面的膠囊,水就進到上面的小室了,這個時候,我們高中學(xué)的那個化學(xué)反應(yīng)就發(fā)生了,對,產(chǎn)生了二氧化碳。
MucoJet的結(jié)構(gòu)和工作原理
一分鐘之后,氣體在上面的消膠囊內(nèi)形成強大的壓力,沖破隔膜,推動活塞,瞬間將疫苗推出。疫苗貫穿口腔內(nèi)膜,進入臉頰組織,激活相應(yīng)的免疫細胞。「由于壓力非常集中,噴口的直徑非常小,所以疫苗就順利地穿透口腔粘膜層,」Aran說。
MucoJet在口腔起做用的機制
那么這個接種系統(tǒng)威力究竟如何呢?Aran團隊決定用豬的粘膜層和臉頰組織試一試。于是他們在MucoJet的疫苗室里裝上了卵清蛋白(一種免疫刺激蛋白),對照組用滴管滴卵清蛋白到同樣的組織上(模擬口服疫苗)。三個小時之后,研究人員檢測相應(yīng)組織中卵清蛋白的含量,驚喜的發(fā)現(xiàn)使用MucoJet的實驗組織的卵清蛋白是對照組的8倍。
這就說明MucoJet確實能把疫苗送入臉頰的黏膜。然后,Aran團隊做了一下調(diào)整,在一定程度上增加了推送的壓力。她們發(fā)現(xiàn),卵清蛋白的該藥量是跟壓力呈正相關(guān)的。
如此看來,MucoJet的威力確實不小,接下來就要看通過臉頰接種究竟能不能激發(fā)動物的免疫系統(tǒng)。Aran在兔子身上做了這個實驗。用的還是卵清蛋白,他們發(fā)現(xiàn)在兔子口腔內(nèi),MucoJet的給藥能力是滴管的7倍。 最重要的是,用MucoJet接種卵清蛋白的兔子體內(nèi)的關(guān)鍵免疫抗體濃度是滴管接種的數(shù)千倍。
研究人員沒有比較MucoJet與注射接種對免疫系統(tǒng)激發(fā)的差異,但是她們表示,從之前的研究來看,MucoJet接種激發(fā)的免疫響應(yīng)程度與注射不分伯仲。
伯明翰阿拉巴馬大學(xué)的粘膜免疫學(xué)家Jiri Mestecky說,MucoJet「看起來很有吸引力」。然而,作為粘膜疫苗的主要支持者,他Mestecky也不確定它是否能在接種人體內(nèi)起作用。在Mestecky看來,兔子和人的臉頰組織可能有較大差異,與兔子相比,人的臉頰組織里可以被疫苗激活的免疫細胞相對較少?!改橆a免疫在人體研究中并不十分有效,」Mestecky說。
此外,沒有針頭雖然是它的優(yōu)勢,但是由于每個人的臉頰對疫苗的吸收是不同的,不同疫苗的溶解度和滲透能力也是有差異的,與注射相比,劑量的控制可能挑戰(zhàn)較大。
Aran表示,對于這些問題,她們可以通過調(diào)整溶劑、噴嘴直徑和噴射的壓力來調(diào)節(jié)。而且,Aran在論文中指出,口腔黏膜中存在大量的免疫細胞,例如,樹突細胞、郎格罕細胞、T淋巴細胞和粘膜相關(guān)淋巴組織,因此口腔是非常理想的免疫接種組織。至于物種之間的差異,她們打算下一步在猴子或其他更接近人類的動物中進行實驗。
MucoJet口腔接種操作方法
《科學(xué)》雜志在采訪Aran時,認為這個小小的噴射器在操作時,恐怕沒那么方便。對于這個問題,Aran也有自己的考慮,她們打算把這個改進成「棒棒糖」形狀的,這樣一來接種的時候就可以用這個「棒棒糖」直接頂在臉頰上,輕而易舉的完成接種。當(dāng)然,如果噴頭上真的有糖的話,小孩子應(yīng)該更樂意于接種。
Aran表示,MucoJet的發(fā)展的下一步是在大型動物體內(nèi)開展真正的疫苗實驗。 他們希望MucoJet可以在五到十年內(nèi)投入臨床使用。