Dans une étude récente publiée dans Biotechnologie naturelleles chercheurs ont rendu compte de l’impression automatique des vaccins à acide ribonucléique messager (ARNm) contre le coronavirus 2 (SARS-CoV-2) du syndrome respiratoire aigu sévère (MNP) patch à micro-aiguilles.
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Sommaire
Arrière-plan
Les personnes non vaccinées dans les pays en développement courent un risque élevé d’infections récurrentes par le SRAS-CoV-2, qui ont causé une morbidité et une mortalité sans précédent dans le monde. La vaccination à grande échelle contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) dans les milieux communautaires est entravée par une logistique de la chaîne du froid insuffisante et un manque de personnel de santé qualifié. La fabrication décentralisée au niveau local de vaccins à ARNm thermostables utilisant un format MNP pourrait fournir une solution probable.
Les MNP administrés par voie intradermique (ID) sont auto-administrés, causent moins de douleur que l’administration intramusculaire (IM), ne produisent pas de déchets tranchants et sont stables pendant plusieurs mois. Les vaccins à ARNm de Pfizer-BioNTech et Moderna et COVID-19, comprenant des nanoparticules lipidiques (LNP), ont efficacement empêché les résultats de gravité de COVID-19.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé l’impression de vaccins à micro-aiguilles (MVP) pour fabriquer des vaccins thermostables à ARNm COVID-19 dans un véhicule LNP.
Pour fabriquer du MNP par impression de vaccins à micro-aiguilles, des encres modulaires comprenant des LNP chargés d’ARNm et un mélange de polymères stabilisants solubles ont été utilisés. L’encre a été optimisée pour une bioactivité élevée en criblant des formulations in vitro et doit être constamment dispensable. Après la distribution automatique, un vide a été appliqué à travers le moule en polydiméthylsiloxane (PDMS) pour charger la micro-aiguille avec la solution visqueuse de vaccin-polymère.
Par la suite, les moules ont été placés dans des stations de séchage pour un séchage rapide. L’équipe a mesuré les temps de chargement pour plusieurs paramètres associés à la fabrication et à la conception du vaccin MVP. Des LNP de 147,0 nm de diamètre, qui encapsulaient l’ARNm codant pour la luciférase de luciole (fLuc), ont été mélangés avec divers polymères solubles dans l’eau et séchés.
Une analyse thermogravimétrique a été effectuée pour évaluer le temps de séchage, et les taux de séchage pour diverses stratégies de séchage ont été comparés par modélisation de régression linéaire. La zone de goutte et la couverture MNP de la solution de polymère ont également été évaluées. Les MNP sur un support acrylique ultra-mince, produits à l’aide de l’appareil autonome, ont été imagés à l’aide de la microscopie électronique à balayage (SEM). Le débit du patch à micro-aiguilles a été évalué en termes de longueurs de plateaux et de durée nécessaire au séchage.
La stabilité de conservation des MNP résultants a été évaluée à l’aide d’une construction d’ARNm modèle. Les efficacités de chargement du vaccin en une seule étape et en deux étapes ont été évaluées. L’efficacité du chargement de protéines et d’acide désoxyribonucléique (ADN) dans les MNP produits manuellement a été évaluée. L’expression protéique a été mesurée dans des cellules Henrietta Lacks (HeLa) après transfection avec des polymères redissous avec une expression protéique similaire à celle des LNP en suspension. La luminescence a été observée après six heures d’application de MNP avec cKK-E12 ou des LNP comprenant des lipides 5.0 chez des souris C57BL/6.
L’équipe a comparé l’administration de LNP comprenant cKK-E12 codant pour l’acide ribonucléique messager fLuc via la voie IM, le MNP imprimé et le MNP fabriqué manuellement. De plus, des souris ont été vaccinées avec de l’ARNm encapsulé codant pour le domaine de liaison au récepteur de la glycoprotéine (RBD) SARS-CoV-2 spike (S) via MNP, suivi d’un rappel MNP 4,0 semaines plus tard. Les titres sériques d’immunoglobuline G (IgG) anti-S RBD ont été mesurés à l’aide d’essais de liaison anti-S RBD par électrochimiluminescence.
Résultats
Les MNP ont montré une stabilité de conservation ≥ 6,0 mois à température ambiante. L’efficacité du chargement du vaccin et la dissolution du MNP ont indiqué que des dosages efficaces au niveau du microgramme d’ARNm encapsulé dans le LNP pouvaient être administrés par un MNP. Les vaccinations chez les souris avec le SARS-CoV-2 spike RBD ont stimulé des réponses immunologiques durables comparables à celles induites par l’administration IM. L’analyse SEM a montré des images de MNP avec des géométries coniques et pyramidales. Les efficacités des protéines et de l’ADN et du chargement des protéines dans les MNP fabriqués manuellement et fabriqués par MVP étaient comparables.
Les cartes thermiques ont montré une charge d’ADN constante dans les patchs de micro-aiguilles sur des plateaux de moules de 10,0 × 10,0, où chaque carré représentait un patch distinct. Les micro-aiguilles ont dissous et délivré des vaccins ARNm-LNP dans l’espace intradermique. Les MNP pyramidaux comprenant un mélange 1: 1 de polyvinylpyrrolidone (PVP) et d’alcool polyvinylique (PVA) étaient plus solides et plus rigides que les MNP coniques. De plus, 36,0 % et 8,0 % du volume de MNP pyramidal et conique se sont dissous en 10 minutes, respectivement, ce qui indique que les MNP pyramidaux ont permis une plus grande administration de vaccins.
PVP: PVA a stabilisé les ARNm-LNP dans les MNP pour une expression élevée des protéines six mois après le stockage à température ambiante. Les MNP produits par MVP avaient des propriétés mécaniques adéquates et pénétraient avec succès l’épiderme porcin ex vivo. Tester les MNP fabriqués manuellement Invivo ont montré des réponses immunitaires comparables à celles induites par la vaccination IM. Après 3,0 semaines de rappel, les titres moyens géométriques (GMT) étaient similaires entre IM et MNP pour le vaccin à ARNm SARS-CoV-2 RBD. Malgré des titres d’IgG anti-S RBD similaires pour l’IM et le MNP avec l’ARNm du SRAS-CoV-2 RBD, certaines différences ont été notées entre l’administration IM de la suspension d’ARNm-LNP et la délivrance par ID d’ARNm-LNP à l’aide de MNP.
Les ARNm-LNP incorporant le lipide 5.0 ont montré une expression protéique supérieure à celle de cKK-E12, ce qui indique une sensibilité des MNP aux lipides ionisables. Les données de modélisation ont indiqué que le vaccin ARNm-LNP SARS-CoV-2 pourrait être formulé en un MNP de 2,0 cm carrés pour une application humaine. Le modèle a prédit que 108 et 360 des MNP pyramidaux pourraient délivrer la dose complète des vaccins Pfizer-BioNTech et Moderna, respectivement. Le chargement d’encres de plus en plus visqueuses a nécessité moins de 20,0 minutes, et l’efficacité de chargement des LNP a été améliorée en utilisant des MNP de petite taille, réduisant l’effet Marangoni et maximisant la circularité. L’imprimante de première génération a fabriqué 100,0 patchs en 2,0 jours, dont l’efficacité pourrait être améliorée par l’empilement vertical des plateaux de moule ou la fabrication continue de MNP en dégazant les plateaux avant la distribution.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont mis en évidence le développement d’un MVP pour fabriquer des MNP solubles chargés de vaccins à ARNm encapsulés dans des LNP ou d’autres cargaisons avec une précision à l’échelle du microlitre grâce à des processus de fabrication automatisés, minimisant les interactions avec l’utilisateur. Les vaccins pourraient être conservés à température ambiante et utilisés des mois après leur fabrication, ce qui faciliterait leur utilisation dans des contextes aux ressources limitées et permettrait un stockage rentable des vaccins pour améliorer la préparation contre de futures épidémies.
