La plupart des vaccins, de la rougeole au Covid-19, nécessitent une série de plusieurs injections avant que le receveur ne soit considéré comme complètement vacciné. Pour rendre cela plus facile à réaliser, les chercheurs du MIT ont développé des microparticules qui peuvent être réglées pour délivrer leur charge utile à différents moments, qui pourraient être utilisées pour créer des vaccins « auto-boostés ».
Dans une nouvelle étude, les chercheurs décrivent comment ces particules se dégradent au fil du temps et comment elles peuvent être réglées pour libérer leur contenu à différents moments. L’étude offre également des informations sur la manière dont le contenu peut être protégé contre la perte de sa stabilité en attendant d’être publié.
En utilisant ces particules, qui ressemblent à de minuscules tasses à café scellées avec un couvercle, les chercheurs pourraient concevoir des vaccins qui n’auraient besoin d’être administrés qu’une seule fois, puis « s’auto-boosteraient » à un moment précis dans le futur. Les particules peuvent rester sous la peau jusqu’à ce que le vaccin soit libéré, puis se décomposer, tout comme les sutures résorbables.
Ce type d’administration de vaccins pourrait être particulièrement utile pour administrer les vaccins des enfants dans les régions où les gens n’ont pas fréquemment accès aux soins médicaux, selon les chercheurs.
« Il s’agit d’une plate-forme qui peut être largement applicable à tous les types de vaccins, y compris les vaccins à base de protéines recombinantes, les vaccins à base d’ADN, même les vaccins à base d’ARN », déclare Ana Jaklenec, chercheuse au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT. . « Comprendre le processus de libération des vaccins, ce que nous avons décrit dans cet article, nous a permis de travailler sur des formulations qui traitent une partie de l’instabilité qui pourrait être induite au fil du temps. »
Cette approche pourrait également être utilisée pour fournir une gamme d’autres traitements, y compris des médicaments contre le cancer, l’hormonothérapie et des médicaments biologiques, selon les chercheurs.
Jaklenec et Robert Langer, professeur à l’Institut David H. Koch au MIT et membre de l’Institut Koch, sont les auteurs principaux de la nouvelle étude, qui paraît aujourd’hui dans Avancées scientifiques. Morteza Sarmadi, spécialiste de la recherche à l’Institut Koch et récent titulaire d’un doctorat du MIT, est l’auteur principal de l’article.
Libération échelonnée du médicament
Les chercheurs ont d’abord décrit leur nouvelle technique de microfabrication pour fabriquer ces microparticules creuses dans un 2017 La science papier. Les particules sont fabriquées à partir de PLGA, un polymère biocompatible qui a déjà été approuvé pour une utilisation dans des dispositifs médicaux tels que des implants, des sutures et des prothèses.
Pour créer des particules en forme de gobelet, les chercheurs créent des réseaux de moules en silicone qui sont utilisés pour façonner les gobelets et couvercles PLGA. Une fois le réseau de gobelets en polymère formé, les chercheurs ont utilisé un système de distribution automatisé sur mesure pour remplir chaque gobelet avec un médicament ou un vaccin. Une fois les gobelets remplis, les couvercles sont alignés et abaissés sur chaque gobelet, et le système est légèrement chauffé jusqu’à ce que le gobelet et le couvercle fusionnent, scellant le médicament à l’intérieur.
Cette technique, appelée SEAL (StampEd Assembly of polymer Layers), permet de produire des particules de toute forme ou taille. Dans un article récemment publié dans la revue Petites méthodesl’auteur principal Ilin Sadeghi, post-doctorant au MIT, et d’autres ont créé une nouvelle version de la technique qui permet une fabrication simplifiée et à plus grande échelle des particules.
Dans le nouveau Avancées scientifiques étude, les chercheurs ont voulu en savoir plus sur la façon dont les particules se dégradent au fil du temps, ce qui fait que les particules libèrent leur contenu et s’il serait possible d’améliorer la stabilité des médicaments ou des vaccins transportés dans les particules.
« Nous voulions comprendre mécaniquement ce qui se passe et comment ces informations peuvent être utilisées pour aider à stabiliser les médicaments et les vaccins et à optimiser leur cinétique », a déclaré Jaklenec.
Leurs études du mécanisme de libération ont révélé que les polymères PLGA qui composent les particules sont progressivement clivés par l’eau, et lorsqu’une quantité suffisante de ces polymères s’est décomposée, le couvercle devient très poreux. Très peu de temps après l’apparition de ces pores, le couvercle se brise, déversant le contenu.
« Nous avons réalisé que la formation soudaine de pores avant le moment de la libération est la clé qui conduit à cette libération pulsatile », explique Sarmadi. « Nous ne voyons aucun pore pendant une longue période de temps, puis tout d’un coup nous constatons une augmentation significative de la porosité du système. »
Les chercheurs ont ensuite entrepris d’analyser comment divers paramètres de conception, notamment la taille et la forme des particules et la composition des polymères utilisés pour les fabriquer, affectent le moment de la libération du médicament.
À leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que la taille et la forme des particules avaient peu d’effet sur la cinétique de libération du médicament. Cela distingue les particules de la plupart des autres types de particules d’administration de médicament, dont la taille joue un rôle important dans le moment de la libération du médicament. Au lieu de cela, les particules de PLGA libèrent leur charge utile à différents moments en fonction des différences dans la composition du polymère et des groupes chimiques attachés aux extrémités des polymères.
« Si vous voulez que la particule se libère après six mois pour une certaine application, nous utilisons le polymère correspondant, ou si nous voulons qu’elle se libère après deux jours, nous utilisons un autre polymère », explique Sarmadi. « Un large éventail d’applications peut bénéficier de cette observation. »
Stabilisation de la charge utile
Les chercheurs ont également étudié comment les changements de pH environnemental affectent les particules. Lorsque l’eau décompose les polymères PLGA, les sous-produits comprennent l’acide lactique et l’acide glycolique, qui rendent l’environnement global plus acide. Cela peut endommager les médicaments transportés dans les particules, qui sont généralement des protéines ou des acides nucléiques sensibles au pH.
Dans une étude en cours, les chercheurs travaillent actuellement sur des moyens de contrer cette augmentation de l’acidité, qui, espèrent-ils, améliorera la stabilité de la charge utile transportée dans les particules.
Pour aider à la conception future des particules, les chercheurs ont également développé un modèle informatique qui peut prendre en compte de nombreux paramètres de conception différents et prédire comment une particule particulière se dégradera dans le corps. Ce type de modèle pourrait être utilisé pour guider le développement du type de particules PLGA sur lequel les chercheurs se sont concentrés dans cette étude, ou d’autres types de particules microfabriquées ou imprimées en 3D ou de dispositifs médicaux.
L’équipe de recherche a déjà utilisé cette stratégie pour concevoir un vaccin antipoliomyélitique auto-boosté, qui est actuellement testé sur des animaux. Habituellement, le vaccin contre la poliomyélite doit être administré en une série de deux à quatre injections distinctes.
« Nous pensons que ces particules d’enveloppe centrale ont le potentiel de créer un vaccin sûr, à injection unique et auto-stimulant dans lequel un cocktail de particules avec différents temps de libération peut être créé en modifiant la composition. Une telle approche à injection unique a le potentiel de non seulement améliorer l’observance du patient, mais également augmenter les réponses immunitaires cellulaires et humorales au vaccin », déclare Langer.
Ce type d’administration de médicaments pourrait également être utile pour traiter des maladies telles que le cancer. Dans un 2020 Science Médecine translationnelle étude, les chercheurs ont publié un article dans lequel ils ont montré qu’ils pouvaient délivrer des médicaments qui stimulent la voie STING, qui favorise les réponses immunitaires dans l’environnement entourant une tumeur, dans plusieurs modèles murins de cancer. Après avoir été injectées dans les tumeurs, les particules ont délivré plusieurs doses du médicament pendant plusieurs mois, ce qui a inhibé la croissance tumorale et réduit les métastases chez les animaux traités.
La recherche a été financée par la Fondation Bill et Melinda Gates.
