Vaccini su richiesta - la stampante mobile per vaccini

Far arrivare i vaccini alle persone che ne hanno bisogno non è sempre facile. Molti vaccini richiedono una conservazione a freddo, il che rende difficile spedirli in aree remote che non dispongono delle infrastrutture necessarie. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno proposto una possibile soluzione a questo problema: una stampante mobile per vaccini che potrebbe essere scalata fino a produrre centinaia di dosi di vaccino in un giorno.

Secondo i ricercatori, questo tipo di stampante, che può stare su un tavolo, potrebbe essere utilizzata ovunque siano necessari i vaccini.

"Un giorno potremmo avere una produzione di vaccini su richiesta", afferma Ana Jaklenec, ricercatrice presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT. "Se, ad esempio, ci fosse un'epidemia di Ebola in una particolare regione, si potrebbero spedire lì alcune di queste stampanti e vaccinare le persone in quel luogo"

La stampante produce cerotti con centinaia di microaghi contenenti il vaccino. Il cerotto può essere attaccato alla pelle, permettendo al vaccino di dissolversi senza bisogno di un'iniezione tradizionale. Una volta stampati, i cerotti possono essere conservati per mesi a temperatura ambiente.

In uno studio recentemente pubblicato su Nature Biotechnology, i ricercatori hanno dimostrato di poter utilizzare la stampante per produrre vaccini a RNA COVID-19 termostabili, in grado di indurre nei topi una risposta immunitaria paragonabile a quella generata da vaccini a RNA iniettati.

Jaklenec e Robert Langer, professore del David H. Koch Institute al MIT e membro del Koch Institute, sono gli autori senior dello studio. Gli autori principali del lavoro sono l'ex postdoc del MIT Aurelien vander Straeten, l'ex studente laureato del MIT Morteza Sarmadi '21 e il postdoc John Daristotle.

Stampare i vaccini

"Quando è iniziato il COVID-19, le preoccupazioni per la stabilità e l'accesso ai vaccini ci hanno spinto a cercare di incorporare i vaccini a RNA nei cerotti a microaghi" - John Daristotle

La maggior parte dei vaccini, compresi quelli a mRNA, deve essere conservata in frigorifero, il che rende difficile la costituzione di scorte o l'invio in luoghi in cui non è possibile mantenere tali temperature. Inoltre, per essere somministrati richiedono siringhe, aghi e personale sanitario qualificato.

Per aggirare questo ostacolo, il team del MIT ha cercato di trovare un modo per produrre vaccini su richiesta. La motivazione originaria, prima dell'arrivo di COVID-19, era quella di costruire un dispositivo in grado di produrre e distribuire rapidamente vaccini durante le epidemie di malattie come l'ebola. Un dispositivo del genere potrebbe essere spedito in un villaggio remoto, in un campo profughi o in una base militare per consentire la vaccinazione rapida di un gran numero di persone.

Invece di produrre i tradizionali vaccini iniettabili, i ricercatori hanno deciso di lavorare con un nuovo tipo di somministrazione del vaccino basato su cerotti delle dimensioni di un'unghia di pollice, che contengono centinaia di microaghi. Tali vaccini sono attualmente in fase di sviluppo per molte malattie, tra cui la poliomielite, il morbillo e la rosolia. Quando il cerotto viene applicato sulla pelle, le punte degli aghi si dissolvono sotto la pelle, rilasciando il vaccino.

"Quando è stato avviato il COVID-19, le preoccupazioni sulla stabilità e sull'accesso ai vaccini ci hanno spinto a cercare di incorporare i vaccini a RNA nei cerotti a microaghi", spiega Daristotle.

L'"inchiostro" che i ricercatori usano per stampare i microneedles contenenti il vaccino comprende molecole di vaccino a RNA incapsulate in nanoparticelle lipidiche, che le aiutano a rimanere stabili per lunghi periodi di tempo.

L'inchiostro contiene anche polimeri che possono essere facilmente modellati nella forma giusta e rimanere stabili per settimane o mesi, anche se conservati a temperatura ambiente o superiore. I ricercatori hanno scoperto che una combinazione 50/50 di polivinilpirrolidone e alcool polivinilico, entrambi comunemente usati per formare microneedles, presentava la migliore combinazione di rigidità e stabilità.

All'interno della stampante, un braccio robotico inietta l'inchiostro negli stampi dei micronodi e una camera a vuoto sotto lo stampo aspira l'inchiostro fino al fondo, assicurandosi che l'inchiostro arrivi fino alla punta degli aghi. Una volta riempiti, gli stampi impiegano uno o due giorni per asciugarsi. Il prototipo attuale può produrre 100 cerotti in 48 ore, ma i ricercatori prevedono che le versioni future potrebbero essere progettate per avere una capacità maggiore.

Risposta anticorpale

Per testare la stabilità a lungo termine dei vaccini, i ricercatori hanno prima creato un inchiostro contenente RNA che codifica la luciferasi, una proteina fluorescente. Hanno applicato i cerotti con microaghi risultanti ai topi dopo averli conservati a 4°C o a 25°C (temperatura ambiente) per un massimo di sei mesi. Hanno anche conservato un lotto di particelle a 37°C per un mese.

In tutte queste condizioni di conservazione, i cerotti hanno indotto una forte risposta fluorescente quando sono stati applicati ai topi. Al contrario, la risposta fluorescente prodotta da una tradizionale iniezione intramuscolare dell'RNA codificante la proteina fluorescente diminuiva con tempi di conservazione più lunghi a temperatura ambiente.

I ricercatori hanno quindi testato il loro vaccino COVID-19 a microaghi. Hanno vaccinato i topi con due dosi di vaccino, a distanza di quattro settimane l'una dall'altra, quindi hanno misurato la loro risposta anticorpale al virus. I topi vaccinati con il cerotto a microaghi hanno avuto una risposta simile a quella dei topi vaccinati con un vaccino tradizionale a RNA iniettato.

I ricercatori hanno riscontrato la stessa forte risposta anticorpale anche quando hanno vaccinato i topi con cerotti a microaghi che erano stati conservati a temperatura ambiente per un massimo di tre mesi.

"Questo lavoro è particolarmente entusiasmante perché realizza la capacità di produrre vaccini su richiesta", afferma Joseph DeSimone, professore di medicina traslazionale e ingegneria chimica all'Università di Stanford, che non ha partecipato alla ricerca. "Con la possibilità di scalare la produzione di vaccini e di migliorare la stabilità a temperature più elevate, le stampanti mobili di vaccini possono facilitare l'accesso diffuso ai vaccini a RNA"

Sebbene questo studio si sia concentrato sui vaccini a RNA COVID-19, i ricercatori intendono adattare il processo per produrre altri tipi di vaccini, compresi quelli a base di proteine o virus inattivati.

"La composizione dell'inchiostro è stata fondamentale per stabilizzare i vaccini a mRNA, ma l'inchiostro può contenere vari tipi di vaccini o persino farmaci, consentendo una flessibilità e una modularità di ciò che può essere somministrato utilizzando questa piattaforma di microaghi", spiega Jaklenec.