Вакцины, доставляемые с помощью растворяемых кожных пластырей
Никто не любит делать уколы. Растворимые кожные пластыри - это путь в будущее для введения вакцин. Они эффективны, безопасны и практически безболезненны. Почему они еще не стали реальностью?
Как работают рассасывающиеся микроигольчатые кожные пластыри? Кожа служит барьером нашего тела для внешнего мира; она регулирует то, что попадает внутрь, и то, что выходит наружу. Исследователи могут использовать естественную способность кожи реагировать на вторжение патогена. Растворимые микроиглы могут доставлять вакцины непосредственно в дерму и иммунные клетки, которые там находятся, но термин "микроигла" немного вводит в заблуждение.
Пластырь с микроиглами имеет размер примерно с почтовую марку. Конусоподобная структура микроиглы имеет длину 450 мкм.
Микроиглы расположены на пластыре размером с почтовую марку и состоят примерно из 100 микроскопических конусов. Эти конусы называются микроиглами просто потому, что они могут проникать в кожу, но они не причиняют боли, как внутримышечные иглы. Текстура пластыря с микроиглами описывается как ощущение кошачьего языка.
Хотя в настоящее время исследуется множество составов микроигл, они часто состоят из растворов сахара и соли. Кожа естественным образом пропускает сахар и соль в организм. Любой тип вакцины, будь то белок, мРНК, покрытая липидной наночастицей, или другой клеточный компонент патогена, может быть добавлен в сахарно-солевой раствор и затем лиофилизирован. После нанесения микроигл на кожу, влага в коже пациента может растворить микроиглы и поглотить компоненты вакцины. Затем иммунные клетки кожи, называемые антигенпрезентирующими клетками (АПК), распознают чужеродные частицы вакцины и активируют В- и Т-клетки. В течение нескольких недель эти клетки создают память, необходимую для предотвращения вторжения патогена в будущем. Клетки памяти будут системными и смогут распознавать патогены во всем организме, а также патогены, проникающие через кожу или слизистые оболочки.
Почему растворяемые кожные пластыри лучше игл для введения вакцин?
При внутримышечной вакцинации используется игла для введения вакцины (например, генетического материала возбудителя или антигенов) в большую группу мышц, чаще всего в верхнюю часть руки. Такой способ введения вакцины эффективен для предотвращения развития инфекции и возникновения заболевания, но патоген должен находиться внутри организма, чтобы иммунная система распознала его. Это одна из причин, по которой вы можете заразиться COVID-19 или гриппом после вакцинации.
С другой стороны, рассасывающиеся пластыри с микроиглами доставляют вакцину через кожу, вызывая иммунный ответ в коже. Затем организм учится искать этот патоген в нашей коже и слизистых оболочках, а также внутри организма. Например, патогены, которые распространяются воздушно-капельным путем и проникают через слизистые оболочки, распознаются и нейтрализуются, прежде чем закрепиться в клетках респираторного тракта. Важно отметить, что поскольку люди часто могут распространять патоген до появления симптомов, блокирование попадания патогена в организм путем вакцинации через кожу также предотвращает его размножение до уровня, необходимого для распространения, и эффективно снижает передачу инфекции.
К сожалению, иммунная система не всегда улавливает вторгающиеся патогены, даже если она настроена на их поиск. Вакцинация с помощью рассасывающегося микроигольчатого пластыря позволяет коже и слизистым оболочкам быть начеку в поисках вторгающихся патогенов, но если патоген проникает через кожу в организм, хозяин все равно остается защищенным. Как только АПК в коже распознают чужеродные частицы, АПК направляются в лимфатические узлы и активируют В- и Т-клетки для системного иммунного ответа. Рассасывающиеся пластыри с микроиглами дают явное преимущество: они активируют как местную защиту на уровне кожи, так и системную защиту всего организма.
Микроиглы вызывают меньше побочных эффектов, чем внутримышечные инъекции
Количество времени, необходимое для растворения микроигольчатого пластыря, определяется составом сахарного раствора. Пластыри с микроиглами могут рассасываться в течение нескольких минут или часов, что обеспечивает более медленное высвобождение вакцины по сравнению с внутримышечными инъекциями, которые наносят удар по иммунной системе всей дозой вакцины сразу и вызывают ощущение жара, отека и болезненности в месте инъекции. Хотя это положительный признак и означает, что вакцина распознается иммунной системой, это может быть неприятно.
Кроме того, локализованный иммунный ответ при внутримышечных инъекциях может вызвать системный иммунный ответ, поэтому после вакцинации может появиться насморк, боль в горле или головная боль. Но медленная доставка вакцины через рассасывающийся пластырь вызывает иммунную активацию без массивной воспалительной реакции, что означает, что доставка вакцины через рассасывающиеся микроиглы позволяет добиться эффективного иммунного ответа с меньшим количеством побочных эффектов. Эти свойства (эффективность и снижение побочных эффектов) были оценены для различных вакцин, доставляемых с помощью микроигольчатых пластырей.
Последним важным преимуществом вакцинации с помощью рассасывающегося кожного пластыря по сравнению с традиционным внутримышечным введением является отсутствие боли. По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), одним из самых больших препятствий для вакцинации является страх перед болью, связанной с иглами. При использовании растворяемых микроигл наиболее болезненным является удаление лейкопластыря.
Что необходимо для того, чтобы сделать вакцины с растворяемыми кожными пластырями реальностью?
В целом, растворяемые пластыри с микроиглами имеют много преимуществ перед внутримышечными вакцинами, однако пока нет разрешенных вакцин, использующих этот метод доставки. Почему?
Есть три основные проблемы, с которыми сталкиваются растворяемые микроигольчатые пластыри: вариабельность дозировки, хранение и стерильность.
Дозировка. Микроиглы предназначены для проникновения в эпителиальный и часть дермального слоев кожи. Количество вакцины, которое получит человек, будет зависеть от толщины кожи, количества влаги в коже, размера и растворимости вакцины. Хотя эта вариабельность от человека к человеку также является проблемой при введении внутримышечных вакцин, ее можно преодолеть, следуя рекомендациям по возрасту и весу для дозировок. Эти рекомендации будут установлены для каждой вакцины и способа ее введения на основе данных, накопленных как на этапе разработки, так и на этапе клинических испытаний.
Для растворяемых вакцин, доставляемых микроиглами, на этапе разработки будет оптимизирован тип используемого сахарного раствора (например, сахароза или целлюлоза и т.д.) и тип доставляемой вакцины (мРНК, ДНК или белковая субъединица и т.д.). На этапе клинических испытаний безопасность и эффективность на небольшой группе добровольцев позволит количественно оценить вариабельность дозировки от человека к человеку.
Хранение. Поскольку микроигольчатые пластыри созданы таким образом, чтобы растворяться при контакте с кожей, их необходимо хранить в сухой среде, чтобы сохранить их в целости до введения. На практике это может быть просто: хранить пластыри в специальном влагопоглотителе или запечатывать их до использования. Использование лиофилизированного раствора сахара и соли для транспортировки вакцины делает большинство вакцин более стабильными, но оптимальные условия хранения будут зависеть от типа доставляемой вакцины (например, мРНК, ДНК или белковая субъединица). Например, мРНК-вакцины в пластыре с микроиглами могут быть более стабильными, но их все равно нужно хранить в замороженном виде, тогда как некоторые вакцины с белковыми субъединицами в микроиглах можно хранить при комнатной температуре или в стандартном холодильнике.
Стерильность. Последней проблемой при разработке вакцин является стерильность. Сахар является общим источником топлива как для людей, так и для патогенных микроорганизмов. Создание растворимых микроигл из сахара требует использования стерильных методов и стерильного хранения для предотвращения роста бактерий в вакцине. Чтобы преодолеть это препятствие, потребуются стандартизированные лабораторные методы и тщательное тестирование после производства. Аналогичная проблема существует для многих областей пищевой промышленности и производства медикаментов, и многие из методов могут быть адаптированы для производства растворяемых микроигольчатых пластырей.
Растворяемые микроигольчатые кожные пластыри могут столкнуться с трудностями в производстве, как и любая новая технология, но преимущества подталкивают ученых к разработке этой новой платформы для доставки вакцин. В настоящее время в клинических испытаниях находится множество вакцин, которые могут быть доставлены с помощью растворимых микроигольчатых пластырей, включая вакцины против гриппа и SARS-CoV-2.
