(Noticias de Nanowerk) La mayoría de las vacunas, desde el sarampión hasta el covid-19, requieren una serie de inyecciones múltiples antes de que se considere que el receptor está completamente vacunado. Para que esto sea más fácil de lograr, los investigadores del MIT han desarrollado micropartículas que se pueden ajustar para entregar su carga útil en diferentes momentos, que podrían usarse para crear vacunas «autoestimulantes».
En un nuevo estudio, los investigadores describen cómo estas partículas se descomponen con el tiempo y cómo pueden ajustarse para liberar su contenido en diferentes momentos. El estudio también proporciona información sobre cómo proteger el contenido para que no pierda estabilidad mientras espera su lanzamiento.
Usando estas partículas, que se asemejan a pequeñas tazas de café selladas con una tapa, los investigadores podrían diseñar vacunas que solo necesitan administrarse una vez y luego «auto-reforzarse» en algún momento en el futuro. Las partículas pueden permanecer debajo de la piel hasta que se libera la vacuna y luego se descomponen como hilos absorbibles.
Este tipo de administración de vacunas podría ser particularmente útil para vacunar a los niños en regiones donde las personas no tienen acceso frecuente a la atención médica, dicen los investigadores.
«Esta es una plataforma que es ampliamente aplicable a todo tipo de vacunas, incluidas las vacunas basadas en proteínas recombinantes, las vacunas basadas en ADN e incluso las vacunas basadas en ARN», dice Ana Jaklenec, investigadora del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT. «Comprender el proceso por el cual se liberan las vacunas, que hemos descrito en este artículo, nos ha permitido trabajar en formulaciones que abordan parte de la inestabilidad que podría inducirse con el tiempo».
Este enfoque también podría usarse para ofrecer una variedad de otras terapias, incluidos medicamentos contra el cáncer, terapias hormonales y medicamentos biológicos, dicen los investigadores.
Jaklenec y Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch del MIT y miembro del Instituto Koch, son los autores principales del nuevo estudio, que aparece en avances científicos («Comprensión experimental y computacional del mecanismo de liberación pulsátil de micropartículas de núcleo y cubierta biodegradables»). Morteza Sarmadi, especialista en investigación del Instituto Koch y estudiante recién graduado del MIT, es el autor principal del artículo.
Liberación escalonada de fármacos
Los investigadores describieron por primera vez su nueva técnica de microfabricación para crear estas micropartículas huecas en 2017. Ciencias Papel. Las partículas están hechas de PLGA, un polímero biocompatible ya aprobado para su uso en dispositivos médicos como implantes, suturas y prótesis.
Para crear partículas en forma de copa, los investigadores crean conjuntos de moldes de silicona que se utilizarán para moldear las copas y tapas de PLGA. Una vez que se formó la matriz de vasos de polímero, los investigadores utilizaron un sistema de dispensación automatizado hecho a medida para llenar cada vaso con un medicamento o una vacuna. Después de llenar los vasos, las tapas se alinean y bajan sobre cada vaso y el sistema se calienta suavemente hasta que el vaso y la tapa se fusionan, sellando el medicamento en su interior.
Esta técnica llamada SEAL (StampEd Assembly of Polymer Layers) se puede utilizar para hacer partículas de cualquier forma y tamaño. En un reciente artículo publicado en la revista Pequeños métodos («Micromoldeo de polímeros termoplásticos para la fabricación directa de micropartículas multicapa discretas»), el autor principal Ilin Sadeghi, un postdoctorado del MIT, y otros han desarrollado una nueva versión de la técnica que permite la fabricación simplificada y a gran escala de las partículas.
En el nuevo avances científicos En su estudio, los investigadores querían obtener más información sobre cómo las partículas se descomponen con el tiempo, lo que hace que las partículas liberen su contenido y si es posible mejorar la estabilidad de los medicamentos o las vacunas contenidas en las partículas.
«Queríamos comprender mecánicamente lo que está sucediendo y cómo se puede usar esta información para estabilizar medicamentos y vacunas y optimizar su cinética», dice Jaklenec.
Sus investigaciones sobre el mecanismo de liberación revelaron que cuando se degrada una cantidad suficiente de estos polímeros, los polímeros PLGA que forman las partículas se descomponen gradualmente con el agua y la cubierta se vuelve muy porosa. Muy pronto después de que aparecen estos poros, la tapa se rompe y el contenido se derrama.
«Nos dimos cuenta de que la formación repentina de poros antes del momento de la liberación es la clave que conduce a esta liberación pulsátil», dice Sarmadi. «No vemos ningún poro durante mucho tiempo y luego, de repente, vemos un aumento significativo en la porosidad del sistema».
Luego, los investigadores se propusieron analizar cómo una variedad de parámetros de diseño, incluidos el tamaño y la forma de las partículas y la composición de los polímeros utilizados para fabricarlos, afectan el momento de la liberación del fármaco.
Para su sorpresa, los investigadores encontraron que el tamaño y la forma de las partículas tenían poco efecto sobre la cinética de liberación del fármaco. Esto distingue a las partículas de la mayoría de los otros tipos de partículas de administración de fármacos, cuyo tamaño juega un papel importante en el momento de la liberación del fármaco. En cambio, las partículas de PLGA liberan su carga útil en diferentes momentos según las diferencias en la composición del polímero y los grupos químicos unidos a los extremos de los polímeros.
«Si desea que la partícula se libere después de seis meses para una aplicación específica, usamos el polímero apropiado, o si queremos que se libere después de dos días, usamos un polímero diferente», dice Sarmadi. «Una amplia gama de aplicaciones pueden beneficiarse de esta observación».
estabilización de la carga útil
Los investigadores también observaron cómo los cambios en el pH ambiental afectan a las partículas. Cuando el agua degrada los polímeros de PLGA, los subproductos son ácido láctico y ácido glicólico, lo que hace que el ambiente general sea más ácido. Esto puede dañar los fármacos contenidos en las partículas, que suelen ser proteínas o ácidos nucleicos sensibles al pH.
En un estudio en curso («ARTÍCULO»), los investigadores ahora están trabajando en formas de contrarrestar este aumento en la acidez, que esperan mejore la estabilidad de la carga útil transportada en las partículas.
Para respaldar el diseño futuro de partículas, los investigadores también desarrollaron un modelo computacional que puede tener en cuenta muchos parámetros de diseño diferentes y predecir cómo se descompondrá una partícula determinada en el cuerpo. Este tipo de modelo podría usarse para guiar la evolución del tipo de partículas PLGA en las que los investigadores se centraron en este estudio u otros tipos de partículas o dispositivos médicos microfabricados o impresos en 3D.
El equipo de investigación ya ha utilizado esta estrategia para desarrollar una vacuna autoestimulante contra la poliomielitis que ahora se está probando en animales. Por lo general, la vacuna contra la poliomielitis debe administrarse en una serie de dos a cuatro inyecciones separadas.
“Creemos que estas partículas de núcleo y cubierta tienen el potencial de crear una vacuna de inyección única segura y autoestimulante donde los cambios en la composición pueden crear un cóctel de partículas con diferentes tiempos de liberación. Este enfoque de inyección única tiene el potencial no solo de mejorar el cumplimiento del paciente, sino también de aumentar la respuesta inmunitaria celular y humoral a la vacuna”, dice Langer.
Este tipo de administración de fármacos también podría ser útil para tratar enfermedades como el cáncer. en un 2020 Ciencia Medicina Traslacional En el estudio («Micropartículas de PLGA diseñadas para la liberación pulsátil a largo plazo del agonista de STING para la inmunoterapia contra el cáncer»), los investigadores publicaron un artículo en el que demostraron que pueden administrar medicamentos que estimulan la vía de señalización de STING, que regula las respuestas inmunitarias en el medio ambiente. promueve un tumor, en varios modelos de ratón de cáncer. Después de inyectarse en los tumores, las partículas administraron múltiples dosis del fármaco durante varios meses, lo que inhibió el crecimiento del tumor y redujo la metástasis en los animales tratados.
