创新背景

从麻疹到Covid-19，大多数疫苗都需要进行多次注射才能完成接种。为了简化疫苗注射过程，麻省理工学院的研究团队发明了一种可以调整的颗粒，用于制造“自我提升”的单次注射疫苗。

根据在一篇发表在《Small Methods》杂志上论文中显示，麻省理工学院博士后Ilin Sadeghi和他的研究团队创造了一种称为SEAL（聚合物层的冲压组件）的新技术，可用于生产任何形状或大小的颗粒，该技术能够简化并大规模地制造颗粒。

创新过程

麻省理工学院和科赫研究所的研究人员开发了一种可以通过调整成分控制释放时间的颗粒。利用这种看上去像是带有密封盖子的小盒子的颗粒，研究人员设计出只需注射一次的“自我提升”疫苗。这些颗粒可以留在皮肤下，直到疫苗被释放，然后分解，就像可吸收缝合线一样。该研究由比尔和梅琳达·盖茨基金会资助。

控制药物释放的时间

研究人员在2017年《科学》杂志的一篇论文中首次描述了他们制造这些空心颗粒的新微加工技术。这些颗粒由PLGA制成，这是一种生物相容性聚合物，已被批准用于医疗设备，如植入物、缝合线和假肢设备。

为了制造出盒子形状的粒子，研究人员制造了用于PLGA盒子和盖子形状的硅模具阵列，然后研究人员使用SEAL技术——一个定制的、自动的分配系统来给每个盒子装满药物或疫苗。在盒子装满后，将盖子对准并放下到每个盒子上，然后略微加热，直到盒子和盖子融合在一起，将药物密封在里面。

研究人员希望了解更多关于颗粒如何随时间降解、颗粒释放内容物的原因，以及是否有可能增强颗粒中携带的药物或疫苗的稳定性。

他们对释放机制的研究表明，组成颗粒的PLGA聚合物会逐渐被水分解，当足够多的聚合物分解时，盖子就会变得非常多孔。这些小孔出现后不久，盖子就会裂开，里面的东西就会溢出来。而在释放时间点之前突然形成的孔隙是导致这种脉动释放的关键。

研究人员开始分析各种设计参数，包括颗粒的大小和形状，以及用于制造它们的聚合物的组成，如何影响药物释放的时间。令他们惊讶的是，与其他大多数的药物释放颗粒不同，该颗粒的大小和形状对药物释放动力学几乎没有影响。相反，PLGA颗粒根据聚合物成分的差异和附着在聚合物末端的化学基团的不同，会在不同的时间释放它们的有效载荷。也就是说，研究人员可以通过使用不同的聚合物来控制颗粒释放的时间。

提高载荷的稳定性

研究人员还调查了环境pH值的变化如何影响颗粒。当水分解PLGA聚合物时，会产生乳酸和乙醇酸，这使整个环境的酸性更高。而这些药物通常是对pH值敏感的蛋白质或核酸，因此这可能会破坏颗粒中携带的药物。

研究人员进一步研究了能够抵消酸度的方法，希望能够提高颗粒中携带的有效载荷的稳定性。

为了帮助未来的粒子设计，研究人员还开发了一个计算模型，可以考虑许多不同的设计参数，并预测特定粒子将如何在体内降解。这种类型的模型可以用于指导研究人员在本研究中关注的PLGA颗粒类型，或其他类型的微结构或3d打印颗粒或医疗设备的开发。

通常，脊髓灰质炎疫苗必须连续注射两到四次。研究团队使用这种方法设计了一种只需注射一次的自我增强型脊髓灰质炎疫苗，目前正在动物身上进行试验。

创新价值

这些核壳颗粒有潜力创造出一种安全的、单次注射的、自我增强的疫苗，通过改变成分，可以创造出不同释放时间的颗粒混合物。这种单一的注射方法不仅有可能提高患者的依从性，而且有可能增加对疫苗的细胞和体液免疫反应。这种药物输送方式也可以用于提供一系列其他治疗方法，例如癌症药物、激素疗法和生物药物。