Los investigadores de Georgia Tech Saad Bhamla (izquierda) y Mark Prausnitz (derecha) estudian el ePatch en el laboratorio. Crédito: Candler Hobbs, Georgia Tech
La entrega de vacunas en el futuro 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 Georgia Tech, han desarrollado y probado un método innovador que simplifica enormemente la complejidad de administrar vacunas, incluidas las de COVID-19, a través de un electroporador portátil.
Mientras que la electroporación se emplea comúnmente en el laboratorio de investigación utilizando pulsos eléctricos cortos para llevar moléculas a las células, la técnica actualmente requiere un equipo grande, complejo y costoso, lo que limita severamente su uso para la administración de vacunas. El enfoque de Georgia Tech hace el trabajo utilizando un dispositivo novedoso del tamaño de un bolígrafo que no requiere baterías y puede producirse en masa a bajo costo.
Los hallazgos del equipo se informan en la edición del 20 de octubre de Proceedings of the National Academy of Sciences.
El momento Aha
La inspiración para su avance provino de un dispositivo cotidiano que la gente usa para encender una parrilla: el encendedor electrónico para barbacoas.
«Mi laboratorio descubrió que podría usar algo con lo que todos estamos familiarizados el 4 de julio cuando hacemos una barbacoa encendedor de barbacoa», recordó Saad Bhamla, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular, explicando que cada vez uno hace clic en el encendedor, genera un breve pulso de electricidad para encender la llama.
Su equipo tomó las entrañas de un encendedor y las rediseñó en un pequeño mecanismo de cierre de resorte. El dispositivo crea el mismo campo eléctrico en la piel que las grandes y voluminosas máquinas de electroporación que ya están en uso, pero utilizando componentes de bajo costo ampliamente disponibles que no requieren batería para funcionar.
«Nuestro momento de sorpresa fue el hecho que no tiene batería ni enchufe a la pared, a diferencia de los equipos de electroporación convencionales», explicó. «Y estos componentes más livianos cuestan solo unos centavos, mientras que los electroporadores actualmente disponibles cuestan miles de dólares cada uno».
La combinación del dispositivo más liviano reinventado con la tecnología de microagujas del Laboratorio de Administración de Medicamentos de Georgia Tech ha dado como resultado un nuevo ultra bajo sistema de electroporación de bajo costo, o «ePatch».
Los investigadores de Georgia Tech Saad Bhamla y Mark Prausnitz de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular comparten cómo su nuevo dispositivo de electroporación portátil puede simplificar en gran medida la administración de vacunas, incluidas las de COVID-19 . Crédito: Georgia Tech
Espaciado de electrodos más estrecho, voltajes más bajos
Además del encendedor, una innovación clave implicó espaciar los electrodos de manera más estrecha y usar microagujas extremadamente cortas. Si bien se usan comúnmente en cosméticos para rejuvenecer la piel y para posibles aplicaciones médicas, las microagujas generalmente no se usan como electrodos. El acoplamiento del diminuto generador de pulsos de electroporación con electrodos de microaguja creó una interfaz eléctrica efectiva con la piel y redujo aún más 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 voltajes similares a la electroporación convencional pero con pulsos que son 10,000 veces más cortos y usan electrodos que penetran solo 0,01 pulgadas en la superficie de la piel.
«El espaciado cercano de Las microagujas nos permiten usar pulsos de microsegundos en lugar de los pulsos de milisegundos aplicados en la electroporación convencional. Este pulso más corto, además de la ubicación poco profunda de los electrodos de microagujas, minimiza la estimulación nerviosa y muscular, lo que puede evitar el dolor y las contracciones, ambos efectos secundarios comunes de la electroporación convencional. electroporación», dijo.
«Nuestro objetivo era diseñar un método para la vacunación contra el COVID-19 que no solo haga que la vacuna sea más eficaz e, pero también usa un dispositivo que es simple, de bajo costo y fabricable», dijo Dengning Xia, autor principal del estudio mientras trabajaba como científico investigador en Georgia Tech y actualmente profesor asociado en la Universidad Sun Yat-sen en China. .
«El ePatch es un dispositivo portátil del tamaño de un bolígrafo, que pesa menos de dos onzas y no requiere batería ni fuente de alimentación. Funciona simplemente presionando un botón, lo que lo hace muy fácil de usar», dijo.
Prueba de una respuesta inmunitaria
Pero, ¿podría usarse su sistema con una vacuna para generar una respuesta inmunitaria?
Para averiguarlo, los investigadores se unieron a Chinglai Yang, profesora asociada del Departamento de Microbiología e Inmunología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Emory, para probar primero el sistema de administración usando una proteína fluorescente para garantizar funcionó, y para entregar una vacuna COVID-19 real. Seleccionaron una vacuna de ADN experimental para COVID-19 como su modelo.
«Al principio, no estaba seguro de que tendría éxito cuando Georgia Tech me pidió que colaborara en este proyecto», dijo Yang. «Sorprendentemente, incluso en el primer intento, superó mis expectativas. Usando este método con la misma cantidad de vacuna, el ePatch indujo una respuesta inmune mejorada casi diez veces más que la inmunización intramuscular o la inyección intradérmica sin electroporación. Tampoco mostró efectos duraderos en la piel de los ratones. Lo que esto significa es que es más fácil lograr la protección», dijo.
El dispositivo de vacunación ePatch de ultra bajo costo. Crédito: Candler Hobbs, Georgia Tech
Simplificando la electroporación
El Los investigadores dicen que el ePatch también debería funcionar para la vacunación con ARNm, que actualmente están estudiando.
Pero diseñar un electroporador más simple y rentable que funcione con la vacuna de ADN podría reducir drásticamente el costo y la complejidad de las vacunas, ya que no requiere el almacenamiento en congelación profunda de las vacunas de ARNm, que necesitan temperaturas gélidas porque contienen nanopartículas de lípidos.
«Creemos que la clave para hacer que la vacunación de ADN funcione es hacer que la electroporación sea simple, de bajo costo y escalable», dijo Prausnitz.
El ePatch está generando entusiasmo entre los expertos en salud, incluida Nadine Rouphael, profesora de medicina y directora ejecutiva de la Clínica Hope en el Emory Vaccine Center. Ella señala que las vacunas genéticas actuales, ya sea ARNm o ADN, siguen siendo caros como un globa l porque requieren una cadena de frío complicada y una fabricación costosa debido a la formulación de nanopartículas lipídicas para la administración de ARNm o necesitan un dispositivo de electroporación sofisticado para la administración de vacunas de ADN.
Un gran avance en la administración de vacunas
«El ePatch de electroporación portátil y asequible de Georgia Tech puede superar estas limitaciones y puede ser un cambio potencial en el campo de la administración de vacunas», predijo Rouphael.
Los investigadores ya están buscando formas de perfeccionar su sistema, examinando cómo optimizar la respuesta inmune en el sitio de la piel e integrando el dispositivo en una sola unidad.
«Eso revolucionaría el proceso de vacunación», dijo Yang.
El ePatch de Georgia Tech, que contiene un El conjunto de electrodos de microagujas (amarillo) fijado a un generador de pulsos de electroporación hecho con un encendedor de barbacoa (azul) se muestra junto a una aguja y una jeringa. Crédito: Candler Hobbs, Georgia Tech
El equipo debe alcanzar varios hitos antes de los ensayos en humanos. Prausnitz anticipa que pasarán más de cinco años antes de que su invento pueda completar el estudio clínico y estar listo para un uso generalizado. Imaginó el ePatch siguiendo 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 Rouphael por el potencial de su ePatch para democratizar el acceso a las vacunas. Bhamla explicó que las vacunas funcionan para quienes pueden pagarlas y tienen acceso a recursos de atención médica, pero eso no es factible para grandes segmentos del mundo en desarrollo.
«Sabemos que COVID-19 no será el última pandemia», dijo Bhamla. «Necesitamos pensar desde una perspectiva de costo y diseño sobre cómo simplificar y ampliar nuestro hardware para que estas intervenciones modernas puedan dispersarse de manera más equitativa para llegar a áreas del mundo más desatendidas y con menos recursos».
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Un parche de vacuna impreso en 3D ofrece vacunación sin una inyección Más información: Dengning Xia, et al., «An ultra-low-cost electroporator with microneedle electrodes (ePatch) para la vacunación contra el SARS-CoV-2», Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2110817118 , www.pnas.org/content/118/45/e2110817118 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia Cita: El encendedor BBQ, combinado con microagujas, genera un gran avance en la entrega de la vacuna COVID-19 (21 de octubre de 2021) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2021-10-bbq-lighter -combined-microneedles-breakthrough.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.