วัคซีนส่วนใหญ่ ตั้งแต่โรคหัดจนถึงโควิด-19 จำเป็นต้องฉีดหลายๆ นัด ก่อนที่ผู้รับจะถือว่าฉีดวัคซีนครบถ้วน เพื่อให้บรรลุเป้าหมายได้ง่ายขึ้น นักวิจัยของ MIT ได้พัฒนาอนุภาคขนาดเล็กที่สามารถปรับให้ส่งน้ำหนักบรรทุก ณ จุดเวลาที่ต่างกัน ซึ่งสามารถใช้เพื่อสร้างวัคซีนที่ “กระตุ้นตัวเอง” ได้
ในการศึกษาครั้งใหม่ นักวิจัยอธิบายว่าอนุภาคเหล่านี้เสื่อมโทรมตามกาลเวลาอย่างไร และสามารถปรับให้ปล่อยเนื้อหาออกมาในช่วงเวลาต่างๆ ได้อย่างไร การศึกษายังให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการปกป้องเนื้อหาไม่ให้สูญเสียความเสถียรในขณะที่รอการเผยแพร่
การใช้อนุภาคเหล่านี้ ซึ่งคล้ายกับถ้วยกาแฟขนาดเล็กที่ปิดฝา นักวิจัยสามารถออกแบบวัคซีนที่จำเป็นต้องได้รับเพียงครั้งเดียว และจากนั้นจะ “กระตุ้นตัวเอง” ณ จุดที่กำหนดในอนาคต อนุภาคสามารถอยู่ใต้ผิวหนังได้จนกว่าวัคซีนจะถูกปล่อยออกมาและสลายตัว เช่นเดียวกับการเย็บที่ดูดซับได้
นักวิจัยกล่าวว่าการส่งวัคซีนประเภทนี้อาจมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการฉีดวัคซีนในวัยเด็กในพื้นที่ที่ผู้คนไม่สามารถเข้าถึงการรักษาพยาบาลได้บ่อยครั้ง
Ana Jaklenec นักวิจัยจากสถาบัน Koch Institute for Integrative Cancer Research ของ MIT กล่าวว่า “นี่เป็นแพลตฟอร์มที่สามารถใช้ได้อย่างกว้างขวางกับวัคซีนทุกประเภท รวมทั้งวัคซีนที่ใช้โปรตีนรีคอมบิแนนท์ วัคซีน DNA-based . “การทำความเข้าใจกระบวนการของการปล่อยวัคซีน ซึ่งเป็นสิ่งที่เราอธิบายไว้ในบทความนี้ ทำให้เราสามารถพัฒนาสูตรที่จัดการกับความไม่เสถียรบางอย่างที่อาจเกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป”
นักวิจัยกล่าวว่า แนวทางนี้สามารถใช้เพื่อรักษาโรคอื่นๆได้ เช่น ยารักษามะเร็ง ฮอร์โมนบำบัด และยาทางชีววิทยา
Jaklenec และ Robert Langer ศาสตราจารย์สถาบัน David H. Koch ที่ MIT และสมาชิกของ Koch Institute เป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาครั้งใหม่นี้ ซึ่งปรากฏในScience Advances Morteza Sarmadi ผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัยที่ Koch Institute และผู้รับ MIT PhD ล่าสุด เป็นผู้เขียนนำบทความนี้
ปล่อยยาเสพย์ติด
นักวิจัยได้อธิบายเทคนิคการผลิตไมโครไฟเบอร์แบบใหม่สำหรับการผลิตอนุภาคขนาดเล็กแบบกลวงเหล่านี้เป็นครั้งแรกในเอกสารScience ปี 2017 อนุภาคเหล่านี้ทำมาจาก PLGA ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งได้รับการอนุมัติให้ใช้กับอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น รากฟันเทียม ไหมเย็บ และอุปกรณ์เทียม
ในการสร้างอนุภาครูปถ้วย นักวิจัยได้สร้างอาร์เรย์ของแม่พิมพ์ซิลิกอนที่ใช้ในการสร้างถ้วยและฝาปิด PLGA เมื่อมีการสร้างอาร์เรย์ของถ้วยพอลิเมอร์ขึ้นแล้ว นักวิจัยได้ใช้ระบบการจ่ายยาอัตโนมัติที่สร้างขึ้นเองเพื่อเติมยาหรือวัคซีนแต่ละถ้วย หลังจากเติมถ้วยแล้ว ฝาปิดจะถูกจัดตำแหน่งและวางลงบนถ้วยแต่ละใบ และระบบจะถูกให้ความร้อนเล็กน้อยจนกว่าถ้วยและฝาปิดจะหลอมรวมเข้าด้วยกัน โดยปิดผนึกยาไว้ด้านใน
เทคนิคนี้เรียกว่า SEAL (StampEd Assembly of polymer Layers) สามารถใช้ในการผลิตอนุภาคที่มีรูปร่างหรือขนาดใดก็ได้ ในบทความ ที่ ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในวารสารSmall Methodsผู้เขียนนำ Ilin Sadeghi, postdoc ของ MIT และคนอื่นๆ ได้สร้างเทคนิคเวอร์ชันใหม่ที่ช่วยให้การผลิตอนุภาคง่ายขึ้นและมีขนาดใหญ่ขึ้น
ในการ ศึกษา Science Advances ฉบับใหม่ นักวิจัยต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่อนุภาคเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป สาเหตุที่ทำให้อนุภาคปล่อยสารออกมา และความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความเสถียรของยาหรือวัคซีนที่อยู่ภายในอนุภาค
Jaklenec กล่าวว่า “เราต้องการทำความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกของสิ่งที่เกิดขึ้น และวิธีที่ข้อมูลดังกล่าวสามารถนำมาใช้เพื่อช่วยให้ยาและวัคซีนมีเสถียรภาพ และเพิ่มประสิทธิภาพจลนศาสตร์ของพวกมัน”
การศึกษากลไกการปลดปล่อยของพวกเขาเปิดเผยว่าพอลิเมอร์ PLGA ที่ประกอบเป็นอนุภาคจะค่อยๆ แยกออกด้วยน้ำ และเมื่อพอลิเมอร์เหล่านี้แตกออกมากพอ ฝาปิดจะมีรูพรุนมาก ไม่นานหลังจากที่รูขุมขนปรากฏขึ้น ฝาปิดจะแตกออกจากกันและไหลออกมา
Sarmadi กล่าวว่า “เราตระหนักดีว่าการเกิดรูพรุนอย่างกะทันหันก่อนถึงจุดเวลาที่ปล่อยออกมาเป็นกุญแจสำคัญที่นำไปสู่การปลดปล่อยสารกระตุ้นนี้ “เราไม่เห็นรูขุมขนเป็นเวลานาน และทันใดนั้น เราก็เห็นความพรุนของระบบเพิ่มขึ้นอย่างมาก”
จากนั้นนักวิจัยได้เริ่มวิเคราะห์ว่าพารามิเตอร์การออกแบบที่หลากหลาย รวมถึงขนาดและรูปร่างของอนุภาคและองค์ประกอบของพอลิเมอร์ที่ใช้ในการผลิตนั้นส่งผลต่อระยะเวลาในการปล่อยยาอย่างไร
นักวิจัยพบว่าขนาดและรูปร่างของอนุภาคมีผลเพียงเล็กน้อยต่อจลนพลศาสตร์ของการปลดปล่อยยา สิ่งนี้ทำให้อนุภาคแตกต่างจากอนุภาคการนำส่งยาประเภทอื่น ๆ ส่วนใหญ่ ซึ่งขนาดมีบทบาทสำคัญในระยะเวลาของการปล่อยยา อนุภาค PLGA จะปล่อยน้ำหนักบรรทุกในช่วงเวลาต่างๆ กัน โดยพิจารณาจากความแตกต่างในองค์ประกอบของพอลิเมอร์และกลุ่มเคมีที่ติดอยู่ที่ปลายโพลีเมอร์
“ถ้าคุณต้องการให้อนุภาคถูกปลดปล่อยหลังจากผ่านไปหกเดือนสำหรับการใช้งานบางอย่าง เราใช้พอลิเมอร์ที่สอดคล้องกัน หรือถ้าเราต้องการให้ปล่อยอนุภาคหลังจากผ่านไปสองวัน เราจะใช้โพลิเมอร์อื่น” Sarmadi กล่าว “การใช้งานที่หลากหลายสามารถได้รับประโยชน์จากการสังเกตนี้”
ทำให้น้ำหนักบรรทุกคงที่
นักวิจัยยังได้ศึกษาว่าการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ในสิ่งแวดล้อมส่งผลต่ออนุภาคอย่างไร เมื่อน้ำสลายโพลีเมอร์ PLGA ผลพลอยได้ ได้แก่ กรดแลคติกและกรดไกลโคลิก ซึ่งทำให้สภาพแวดล้อมโดยรวมมีความเป็นกรดมากขึ้น สิ่งนี้สามารถทำลายยาที่อยู่ภายในอนุภาค ซึ่งมักจะเป็นโปรตีนหรือกรดนิวคลีอิกที่ไวต่อ pH
ในการศึกษาต่อเนื่อง นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อรับมือกับการเพิ่มขึ้นของกรด ซึ่งพวกเขาหวังว่าจะปรับปรุงความเสถียรของน้ำหนักบรรทุกที่บรรทุกภายในอนุภาค
เพื่อช่วยในการออกแบบอนุภาคในอนาคต นักวิจัยยังได้พัฒนาแบบจำลองการคำนวณที่สามารถพิจารณาพารามิเตอร์การออกแบบต่างๆ มากมาย และคาดการณ์ว่าอนุภาคนั้นจะสลายตัวในร่างกายอย่างไร โมเดลประเภทนี้สามารถใช้เพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาอนุภาค PLGA ที่นักวิจัยมุ่งเน้นในการศึกษานี้ หรืออนุภาคหรืออุปกรณ์ทางการแพทย์ประเภทไมโครแฟบริคหรือการพิมพ์ 3 มิติอื่นๆ
ทีมวิจัยได้ใช้กลยุทธ์นี้ในการออกแบบวัคซีนป้องกันโรคโปลิโอแบบกระตุ้นตนเอง ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการทดสอบในสัตว์ โดยปกติ วัคซีนโปลิโอจะต้องได้รับเป็นชุดของการฉีดแยกกันสองถึงสี่ครั้ง
“เราเชื่อว่าอนุภาคของเปลือกแกนหลักเหล่านี้มีศักยภาพที่จะสร้างวัคซีนที่กระตุ้นตัวเองได้แบบฉีดครั้งเดียวและกระตุ้นตัวเองได้อย่างปลอดภัย ซึ่งสามารถสร้างค็อกเทลของอนุภาคที่มีเวลาปล่อยต่างกันได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบ วิธีการฉีดเพียงครั้งเดียวดังกล่าวมีศักยภาพไม่เพียงแต่ปรับปรุงการปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ป่วยเท่านั้น แต่ยังเพิ่มการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของเซลล์และร่างกายต่อวัคซีนอีกด้วย” แลงเกอร์กล่าว
การนำส่งยาประเภทนี้อาจมีประโยชน์ในการรักษาโรคต่างๆ เช่น มะเร็ง ในการ ศึกษา Science Translational Medicineปี 2020 นัก วิจัยได้ตีพิมพ์บทความที่พวกเขาแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถส่งยาที่กระตุ้นเส้นทาง STING ซึ่งส่งเสริมการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในสภาพแวดล้อมรอบเนื้องอกในหนูทดลองหลายตัวที่เป็นมะเร็ง หลังจากฉีดเข้าไปในเนื้องอก อนุภาคส่งยาหลายขนาดในช่วงเวลาหลายเดือน ซึ่งยับยั้งการเจริญเติบโตของเนื้องอกและลดการแพร่กระจายในสัตว์ที่ได้รับการรักษา
การวิจัยได้รับทุนจากมูลนิธิ Bill and Melinda Gates
