El método innovador simplifica enormemente la complejidad de la administración de vacunas

La futura entrega de vacunas puede depender de elementos cotidianos como encendedores de barbacoa y microagujas, gracias al ingenio de un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Emory.

Los investigadores, dirigidos por la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de la Georgia Tech University, han desarrollado y probado un método innovador que simplifica enormemente la complejidad de administrar vacunas, incluidas las de Covid-19, a través de un dispositivo eléctrico de mano.

Si bien la electroporación se usa comúnmente en un laboratorio de investigación utilizando pulsos eléctricos cortos para conducir moléculas al interior de las células, esta tecnología actualmente requiere equipos grandes, complejos y costosos, lo que limita severamente su uso en la administración de vacunas. El enfoque de Georgia Tech hace el trabajo con un nuevo dispositivo del tamaño de un bolígrafo que no requiere baterías y puede producirse en masa a bajo costo.

Los resultados del equipo se publicaron en la edición del 20 de octubre de Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Ajá momento

La inspiración para este truco provino de un dispositivo que la gente usa todos los días para encender una parrilla: el encendedor electrónico de barbacoa.

“Mi laboratorio descubrió que se puede usar algo familiar para todos el 4 de julio cuando hacemos una barbacoa; encendedor de parrilla”, recuerda Saad Bahmala, profesor asistente de la Facultad de Ingeniería Química y Biológica, y lo explica: “Cada Una vez que se hace clic en el encendedor, se genera un pulso corto de electricidad para encender la llama.

Su equipo tomó los componentes internos del encendedor y lo rediseñó en un pequeño mecanismo de pestillo con resorte. El dispositivo crea el mismo campo eléctrico en la piel que las enormes punzonadoras eléctricas que ya están en uso, pero utiliza componentes que son de bajo costo y ampliamente disponibles y no requieren una batería para funcionar.

Nuestro momento ajá fue el hecho de que no tiene batería ni enchufe en la pared, a diferencia de los equipos de perforación eléctricos tradicionales. Estos componentes más livianos cuestan solo unos centavos, mientras que los electrodomésticos actualmente disponibles cuestan miles de dólares cada uno «.

Saad Bahleh, profesor asistente, Facultad de Ingeniería Química y Biomolecular

La combinación del dispositivo más ligero reinventado con la tecnología de aguja fina del laboratorio de administración de medicamentos de Georgia Tech dio como resultado un nuevo sistema eléctrico de muy bajo costo, o «ePatch».

Cuanto más cerca sea el espaciado de los electrodos, menores serán los voltajes

Además del peso más ligero, una de las principales innovaciones involucró electrodos estrechamente espaciados y el uso de microagujas extremadamente cortas. Si bien se usan comúnmente en cosméticos para el rejuvenecimiento de la piel y para posibles aplicaciones médicas, las microagujas generalmente no se usan como electrodos. El acoplamiento del micropulso eléctrico con los electrodos de microagujas creó una interfaz eléctrica eficaz con la piel y redujo el costo y la complejidad del ePatch.

Según Mark Prausnitz, profesor de Regents y presidente de J. Erskine Love Jr. En ingeniería química y biomolecular, su sistema basado en microagujas usa un voltaje similar a la electroporación convencional pero con pulsos 10,000 veces más cortos y usa electrodos que penetran solo 0.01. pulgadas en la superficie de la piel.

«El estrecho espacio entre las microagujas nos permite usar pulsos de microsegundos en lugar de los pulsos de milisegundos aplicados en la electroporación tradicional. Este pulso más corto, combinado con la ubicación menos profunda de los electrodos de las microagujas, reduce la estimulación nerviosa y muscular, lo que puede evitar el dolor y los escalofríos, ambos son efectos secundarios. Común para la perforación eléctrica convencional «.

Dingning Xia, autor principal del estudio, dijo mientras trabajaba como científico investigador en Georgia Tech y profesor asociado en la Universidad Sun Yat-sen en China.

«El ePatch es un dispositivo portátil del tamaño de un bolígrafo, pesa menos de una onza y no requiere batería ni fuentes de energía. Funciona simplemente presionando un botón, lo que lo hace extremadamente fácil de usar», dijo.

prueba de respuesta inmune

Pero, ¿podría usarse su sistema con una vacuna para generar una respuesta inmune?

Para encontrar la respuesta, los investigadores se unieron a Chinglai Yang, profesora asistente en el Departamento de Microbiología e Inmunología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Emory, para probar primero el sistema de administración con una proteína fluorescente para asegurarse de que funcionaba, entregando el Covid real. -19 virus. Suero. Eligieron una vacuna experimental de ADN Covid-19 como modelo.

«Al principio, no estaba seguro de que tuviera éxito cuando Georgia Tech me pidió que colaborara en este proyecto», dijo Yang. «Sorprendentemente, incluso en el primer intento, superó con creces mis expectativas. Usando este método con la misma cantidad de vacuna, el ePatch indujo una respuesta inmune aproximadamente diez veces mejor que la inmunización intramuscular o la inyección intradérmica sin electroporación. Tampoco mostró ningún efecto duradero efectos. en la piel de los ratones. Lo que esto significa es que es más fácil lograr la protección «.

Simplifique la perforación eléctrica

Los investigadores dicen que el ePatch también debería funcionar para la vacuna de ARNm, que están estudiando actualmente.

Pero crear un dispositivo eléctrico más simple y rentable que funcione con una vacuna de ADN podría reducir significativamente el costo y la complejidad de las vacunas porque no requiere un almacenamiento profundo de las vacunas de ARNm, que necesitan temperaturas extremadamente frías porque contienen nanopartículas de lípidos.

«Creemos que la clave para hacer una vacuna de ADN es hacer que la electroporación sea simple, de bajo costo y escalable», dijo Prausnitz.

El ePatch está provocando entusiasmo entre los expertos en salud, incluida la Dra. Nadine Rovell, profesora de medicina y directora ejecutiva de Hope Clinic en Emory Vaccine Center. Ella señala que las vacunas genéticas actuales, ya sea de ARNm o ADN, siguen siendo costosas como solución global porque requieren una cadena de frío compleja y una fabricación costosa debido a la formulación de nanopartículas de lípidos para la entrega de ARNm o requieren un dispositivo eléctrico sofisticado para administrar el ARNm. Vacuna de ADN. .

Avance en la entrega de vacunas

«Los chips electrónicos portátiles y asequibles de Georgia Tech pueden superar estas limitaciones y podrían ser un agente de cambio potencial en la administración de vacunas», predijo Raphael.

Los investigadores ya están buscando formas de mejorar su sistema, estudiando cómo mejorar la respuesta inmune en el sitio de la piel e integrando el sistema en una sola unidad.

«Revolucionará el proceso de vacunación», dijo Yang.

El equipo debe lograr varios hitos antes de los ensayos en humanos. Prausnitz espera que pasen más de cinco años antes de que su invención pueda completar el estudio clínico y esté lista para su uso generalizado. Imaginó que ePatch seguiría un proceso de aprobación de dispositivos más tradicional que las aprobaciones aceleradas de vacunas que ocurrieron durante la pandemia.

Los cuatro investigadores se hacen eco del entusiasmo de Raphael por la posibilidad de obtener vacunas a través de un ePatch. Bhamla explicó que las vacunas funcionan para quienes pueden pagarlas y tienen acceso a los recursos de atención médica, pero esto no es factible para grandes segmentos del mundo en desarrollo.

«Sabemos que COVID-19 no será la última pandemia», dijo Bhamla. “Necesitamos pensar desde una perspectiva de costos y diseñar cómo podemos simplificar y escalar nuestros dispositivos para que estas nuevas intervenciones se puedan distribuir de manera más equitativa, para llegar a áreas del mundo más desatendidas y con recursos insuficientes”.