마이크로 입자를 사용하여 '자가 강화' 백신을 전달할 수 있음

마이크로 입자를 사용하여 '자가 강화' 백신을 전달할 수 있음
서로 다른 시간에 페이로드를 방출하는 입자를 사용하면 한 번의 주사로 여러 백신 용량을 제공할 수 있습니다.
날짜:
2022년 7월 13일
원천:
매사추세츠 공과 대학
요약:
엔지니어들은 서로 다른 시점에서 페이로드를 전달할 수 있고 '자체 강화' 백신을 만드는 데 사용할 수 있는 생체 적합성 폴리머로 만들어진 미세 입자를 개발했습니다.

홍역에서 코비드-19에 이르기까지 대부분의 백신은 수혜자가 완전히 예방 접종을 받은 것으로 간주되기 전에 일련의 여러 번 접종해야 합니다. 이를 더 쉽게 달성하기 위해 MIT 연구원들은 "자가 강화" 백신을 만드는 데 사용할 수 있는 다양한 시점에서 페이로드를 전달하도록 조정할 수 있는 미세 입자를 개발했습니다.

새로운 연구에서 연구원들은 이러한 입자가 시간이 지남에 따라 어떻게 분해되는지, 그리고 어떻게 다양한 시점에서 내용물을 방출하도록 조정할 수 있는지 설명합니다. 이 연구는 또한 콘텐츠가 출시되기를 기다리는 동안 안정성을 잃지 않도록 보호할 수 있는 방법에 대한 통찰력을 제공합니다.

뚜껑으로 밀봉된 작은 커피 컵과 유사한 이 입자를 사용하여 연구자들은 한 번만 접종하면 미래의 특정 시점에서 "자가 증폭"되는 백신을 설계할 수 있습니다. 입자는 재흡수성 봉합사처럼 백신이 방출될 때까지 피부 아래에 남아 있다가 분해될 수 있습니다.

이러한 유형의 백신 전달은 사람들이 의료 서비스를 자주 이용할 수 없는 지역에서 아동기 백신을 투여하는 데 특히 유용할 수 있다고 연구자들은 말합니다.

MIT Koch 통합 암 연구 연구소(Koch Institute for Integrative Cancer Research)의 연구원인 Ana Jaklenec은 "이 플랫폼은 재조합 단백질 기반 백신, DNA 기반 백신, 심지어 RNA 기반 백신을 포함한 모든 유형의 백신에 광범위하게 적용할 수 있는 플랫폼"이라고 말했습니다. . "이 백서에서 설명한 것과 같이 백신이 출시되는 과정을 이해함으로써 시간이 지남에 따라 유발될 수 있는 일부 불안정성을 해결하는 제제 작업을 할 수 있었습니다."

이 접근법은 또한 암 약물, 호르몬 요법 및 생물학적 약물을 포함한 다양한 다른 치료법을 제공하는 데 사용될 수 있다고 연구원들은 말합니다.

MIT의 David H. Koch Institute 교수이자 Koch Institute의 회원인 Jaklenec과 Robert Langer는 오늘 Science Advances 에 실린 이 새로운 연구의 수석 저자입니다 . Koch Institute의 연구 전문가이자 최근 MIT 박사 학위를 받은 Morteza Sarmadi가 이 논문의 주 저자입니다.

시차 약물 방출

연구원들은 2017년 과학 논문 에서 이러한 속이 빈 미세 입자를 만들기 위한 새로운 미세 가공 기술을 처음 설명했습니다 . 입자는 임플란트, 봉합사 및 보철 장치와 같은 의료 장치에 사용하도록 이미 승인된 생체 적합성 폴리머인 PLGA로 만들어집니다.

컵 모양의 입자를 만들기 위해 연구원들은 PLGA 컵과 뚜껑을 형성하는 데 사용되는 실리콘 몰드 어레이를 만듭니다. 폴리머 컵의 배열이 형성되면 연구원들은 각 컵에 약물이나 백신을 채우기 위해 맞춤형 자동 분배 시스템을 사용했습니다. 컵을 채운 후 뚜껑을 정렬하고 각 컵 위로 낮추고 시스템을 약간 가열하여 컵과 뚜껑이 함께 융합되어 내부의 약물을 밀봉합니다.

SEAL(StampEd Assembly of polymer Layers)이라고 하는 이 기술을 사용하여 모든 모양이나 크기의 입자를 생성할 수 있습니다. 최근 Small Methods 저널에 발표된 논문에서 수석 저자인 MIT 박사후 연구원인 Ilin Sadeghi와 다른 사람들은 입자를 단순화하고 대규모로 제조할 수 있는 새로운 버전의 기술을 만들었습니다.

새로운 Science Advances 연구에서 연구원들은 시간이 지남에 따라 입자가 어떻게 분해되는지, 입자에서 내용물이 방출되는 원인, 입자 내에서 운반되는 약물이나 백신의 안정성을 향상시킬 수 있는지에 대해 더 자세히 알고 싶었습니다.

"우리는 무슨 일이 일어나고 있는지, 그리고 그 정보가 약물과 백신을 안정화하고 동역학을 최적화하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 기계적으로 이해하고 싶었습니다."라고 Jaklenec은 말합니다.

방출 메커니즘에 대한 그들의 연구는 입자를 구성하는 PLGA 폴리머가 점차적으로 물에 의해 분해되고, 이러한 폴리머가 충분히 분해되면 뚜껑이 매우 다공성이 된다는 것을 밝혀냈습니다. 이 모공이 나타난 직후, 뚜껑이 부서져 내용물이 쏟아집니다.

"우리는 방출 시점 이전에 갑작스러운 기공 형성이 이러한 박동성 방출로 이어지는 핵심이라는 것을 깨달았습니다."라고 Sarmadi는 말합니다. "우리는 오랜 시간 동안 구멍이 보이지 않았다가 갑자기 시스템의 다공성이 크게 증가하는 것을 보았습니다."

그런 다음 연구원들은 입자의 크기와 모양, 입자를 만드는 데 사용된 중합체의 구성을 비롯한 다양한 설계 매개변수가 약물 방출 시기에 영향을 미치는 방식을 분석하기 시작했습니다.

놀랍게도 연구원들은 입자 크기와 모양이 약물 방출 속도에 거의 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 이것은 입자가 약물 방출 시기에 중요한 역할을 하는 대부분의 다른 유형의 약물 전달 입자와 구별되도록 합니다. 대신, PLGA 입자는 폴리머의 조성과 폴리머의 말단에 부착된 화학 그룹의 차이에 따라 서로 다른 시간에 페이로드를 방출합니다.

Sarmadi는 "특정 용도에 대해 6개월 후에 입자가 방출되기를 원하면 해당 중합체를 사용하고 이틀 후에 방출되기를 원하면 다른 중합체를 사용합니다"라고 말합니다. "이 관찰은 광범위한 응용 분야에서 이점을 얻을 수 있습니다."

페이로드 안정화

연구자들은 또한 환경 pH의 변화가 입자에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 물이 PLGA 폴리머를 분해할 때 부산물에는 젖산과 글리콜산이 포함되어 전체 환경을 더욱 산성으로 만듭니다. 이것은 일반적으로 pH에 민감한 단백질 또는 핵산인 입자 내에 운반되는 약물을 손상시킬 수 있습니다.

진행 중인 연구에서 연구원들은 현재 이러한 산성도 증가에 대응하는 방법을 연구하고 있으며, 이것이 입자 내에서 운반되는 탑재체의 안정성을 개선할 수 있기를 희망합니다.

미래의 입자 설계를 돕기 위해 연구원들은 다양한 설계 매개변수를 고려하고 특정 입자가 신체에서 어떻게 분해되는지 예측할 수 있는 계산 모델도 개발했습니다. 이러한 유형의 모델은 연구원들이 이 연구에서 초점을 맞춘 PLGA 입자 유형 또는 기타 유형의 미세 가공 또는 3D 인쇄 입자 또는 의료 기기의 개발을 안내하는 데 사용될 수 있습니다.

연구팀은 이미 이 전략을 사용하여 자가증강 소아마비 백신을 설계했으며 현재 동물 실험을 진행하고 있습니다. 일반적으로 소아마비 백신은 2~4회의 개별 주사로 연속적으로 접종해야 합니다.

"우리는 이러한 코어 쉘 입자가 구성을 변경하여 방출 시간이 다른 입자 칵테일을 생성할 수 있는 안전한 단일 주입, 자가 부스팅 백신을 만들 가능성이 있다고 믿습니다. 이러한 단일 주입 접근 방식은 다음과 같은 잠재력을 가지고 있습니다. 환자의 순응도를 향상시킬 뿐만 아니라 백신에 대한 세포 및 체액 면역 반응을 증가시킵니다."라고 Langer는 말합니다.

이러한 유형의 약물 전달은 암과 같은 질병 치료에도 유용할 수 있습니다. 2020년 과학 중개 의학 연구에서 연구자들은 여러 암 마우스 모델에서 종양 주변 환경에서 면역 반응을 촉진하는 STING 경로를 자극하는 약물을 전달할 수 있음을 보여주는 논문을 발표했습니다. 종양에 주입된 후 입자는 몇 달에 걸쳐 여러 용량의 약물을 전달하여 치료된 동물의 종양 성장을 억제하고 전이를 감소시켰습니다.