Боитесь игл? Поток газа однажды может доставить вашу вакцину

Ялини Виджесундара уставилась на пневматический пистолет, стоявший в ее лаборатории.

Директор ее лаборатории Джеремайя Гассенсмит построил его в порыве вызванной пандемией скуки, рассыпая поваренную соль в своем домашнем офисе. Как только изоляция закончилась, он принес его в свою биохимическую лабораторию и попросил Виджесундару найти для него исследовательскую цель.

Виджесундара, тогда студентка первого курса Техасского университета в Далласе, только что переехала в Техас из Шри-Ланки. Она чувствовала себя как рыба, вытащенная из воды, все еще не понимающая, как работает лаборатория. «Не торопитесь», — сказал ей Гассенсмит. Вы поймете это.

Два года спустя Виджесундара взломал код. Она вдохнула новую жизнь в старый пневматический пистолет Гассенсмита, создав систему для доставки вакцин с помощью струи газа. По словам Виджесундары, это менее болезненно, чем традиционные игольчатые вакцины, и сравнимо с попаданием пули Nerf. Исследование было опубликовано в журнале Chemical Science в прошлом году.

Предстоит пройти долгий путь, прежде чем люди смогут получать газовые вакцины, но Видесундара и Гассенсмит полны решимости создать менее пугающий способ доставки жизненно важных лекарств.

«Нам необходимо продвинуться вперед в нашей способности сделать вакцинацию максимально безболезненной… насколько это возможно», — сказал Гассенсмит.

Тинкертуи и химия

Прежде чем переехать в Техас, Видесундара изучал металлоорганические каркасы, или MOF, в Университете Перадении в Шри-Ланке. MOF — это ионы металлов и органические молекулы, похожие на палочки, которые, подобно игрушкам Tinkertoy, собираются вместе, чтобы построить сложные клетки. Эти клетки могут содержать газы, белки и даже ДНК. Выбирая докторскую программу, Видесундара увидел, что химическая лаборатория Гассенсмита в UTD спроектировала «клетки» MOF для хранения порошкообразных, устойчивых к хранению вакцин. Это было идеальное сочетание.

Рассматривая пневматический пистолет, Виджесундара задался вопросом, сможет ли он доставить порошкообразную вакцину людям.

Она углубилась в историю вакцин и обнаружила, что инъекции вакцин под высоким давлением стали популярными в 1950-х годах. Эти инъекторы использовали высокоскоростной поток жидкости для продвижения вакцин через кожу. Мало того, что эти инъекторы жидкости были болезненными, жидкости организма также могли брызгать обратно на сопла инжекторов, способствуя распространению таких заболеваний, как гепатит B и C.

«[Я понял], что мы можем решить эту проблему, — сказал Виджесундара, — потому что мы используем твердую [вакцину], у которой нет проблем с обратным распылением».

«Маленькая терапевтическая пуля»

Видесундара определила идеальное давление и расстояние от кожи для запуска вакцины с помощью пневматического пистолета, который она модифицировала, чтобы создать «струю MOF». Для доставки вакцины она использовала MOF, содержащий цинк — минерал, который содержится во всем организме. Она также настроила сопло пистолета, чтобы вакцина удерживалась до момента инъекции.

При нажатии кнопки клапан MOF-струи быстро открывается и закрывается, выбрасывая вакцинную «пулю» внутри цинковой клетки. Как только клетка попадает в кожу, соли в кожных жидкостях разрывают клетку, высвобождая вакцину.

Видесундара и Гассенсмит протестировали струю MOF на растительных клетках и мышах с белком, обычно используемым в экспериментах с вакцинами.

В ходе испытаний Видесундара и Гассенсмит обнаружили еще одно полезное свойство MOF-реактивного двигателя. Когда вакцина вводилась через кожу с помощью кислого газа, такого как углекислый газ, цинковая клетка быстро растворялась и высвобождала свое содержимое в течение 24 часов. Но когда они использовали более нейтральный газ, например воздух, клетка медленно разрушалась в течение одной-двух недель.

«Вы можете эффективно контролировать, нужно ли вам лекарство прямо сейчас или вы хотите, чтобы лекарство высвобождалось медленно в течение определенного периода времени», — сказал Гассенсмит.

По словам Тима Коркорана, доцента кафедры биоинженерии Медицинского центра Университета Питтсбурга, многие исследовательские группы изучают новые способы доставки лекарств и вакцин. Трансдермальные пластыри, которые могут переносить лекарства через кожу, и ультратонкие «микроиглы» — это два изучаемых метода.

Хотя исследования Виджесундары и Гассенсмита находятся на ранней стадии, Коркоран сказал, что конструкция частиц MOF и синхронизированное высвобождение их содержимого добавляет что-то новое в эту область.