Разработка безболезненной вакцинации
Подобно большинству инженеров, Марк Праушниц выбрал свою профессию, потому что ему нравится решать проблемы. С тех пор, как он окончил университет, его мотивирует одна проблема, решив которую, он может внести существенный вклад в жизни людей.
Его мотивация, вызванная идеей о новом методе доставки лекарств, подтолкнула его к поиску способа сделать вакцину, лекарства и тому подобное более бюджетным и доступным для многих людей по всему миру, особенно в развивающихся странах.
Сегодня Праушниц, регент-профессор химической и биомолекулярной инженерии в Технологическом институте Джорджии и директор принадлежащего университету Центра разработки, усовершенствования и доставки лекарств, верит, что в течение пяти лет его многолетняя мечта осуществится. Он со своей командой и другими сотрудниками разработал новую технологию доставки лекарств, которая выглядит как простой липкий пластырь, состоящий из ста или более отдельных микроскопических игл, содержащих лекарства или вакцину, поглощаемых через кожу.
Такая система доставки вакцины против гриппа недавно завершила клинические испытания, в которых участвовало около ста человек из университета Эмори. Пластырь размером с десятицентовую монету закрепляется на запястье безболезненным надавливанием. Исследование показало, что пластырь так же эффективен при вакцинации против гриппа, как и традиционный способ применения. Пластыри более доступны в сравнении с сегодняшними обычными шприцами, так как пластырь может храниться без охлаждения, самостоятельно использоваться и утилизироваться. Команда также работает над пластырями с микроиглами для других вакцин, в числе которых вакцины от кори, краснухи и полиомиелита.
Праушниц начал работать над доставкой лекарств через микроиглы примерно 22 года назад, вскоре после того, как он получил докторскую степень в Массачусетском технологическом университете и присоединился к институту Джорджии. Там он объединился с Марком Алленом, профессором и инжинером-электроником, работающим в области микропроизводства электронных аппаратов, чтобы начать применять электронное производство для создания микроигольных устройств.
На своем пути команда преодолела множество технических проблем. “Первое препятствие заключалось в том, чтобы просто их (микроиглы) создать”,- говорит Праушниц. “Затем, в плане продвижения технологии с научной точки зрения, мы сталкивались с множеством проблем на каждом этапе”.
Первые микроиглы были сделаны из кремния, который, как команда быстро поняла, не подходит для медицинского устройства. “Это хороший проводник, но он хрупкий и дорогой, так что мы перешли к другим материалам. Сначала это были металлы, такие как нержавеющая сталь, затем полимеры, которые являются биодеградирующими и растворимыми в воде”,- говорит Праушниц.
Одна из основных проблем заключалась в биомеханике взаимосвязи микроигольного пластыря и кожи. Иглы имеют длину менее миллиметра. Если неправильно их спроектировать и применять, то вдавливание в кожу может ее деформировать, создать небольшую ямку, а не проткнуть. Таким образом, микроиглы должны быть крепкими и острыми, чтобы проткнуть кожу с меньшей силой, не деформируя ее в месте, где происходит прокол.
Чтобы избежать нежелательного использования аппликатора, который при одноразовом использовании увеличивает стоимость устройства, а при многократном требует стерилизации, команда предпочла метод введения “большим пальцем”, оптимизировав геометрию микроигл и добавив механизм, который производит щелчок в качестве индикатора правильного применения. “Сначала в инструкции было написано “сильно нажать”, но для разных людей это несет разный смысл”,- говорит Праушниц.
Производство также сопровождалось трудностями. В отличие от полых игл в шприце, микроиглы твердые и состоят из сахарозы вместе с инкапсулированной вакциной от гриппа. При применении они намокают от биологических жидкостей, иглы растворяются, вакцина поглощается через кожу.
Чтобы гарантировать функциональность игл, для создания основной структуры в устройстве применяется сложный способ изготовления, а затем выполняется внутреннее наполнение. Растворы помещают во внутреннюю форму и сушат.
“Контроль за отложением осадка на форме оказался довольно важным”, -заявляет Праушниц. “Отчасти потому, что вам необходимо такое решение, при котором форма заполнится правильно, а мы говорим о сотнях микрон в длину и одном в ширину”.
Кроме того, инкапсулированные биоактивные молекулы не должны быть сухими, поэтому команде пришлось выяснить, как прийти к решению с помощью только подходящих добавок, чтобы сделать микроиглы достаточно прочными для предотвращения сгибов или переломов иглы при проколе кожи. “Сахароза проста”,- добавляет Праушниц.
Следующий шаг- провести более масштабные клинические исследования и решить некоторые проблемы производства.
“Это новый метод производства, и он должен быть доступен по разумной цене. Мы хотим, чтобы пластыри производились для массовых кампаний против гриппа в развивающихся странах,”- говорит Праушниц. Вопрос в том, можете ли вы произвести 100 миллионов штук при достаточно низкой цене с должной надежностью?
Ответ еще не дан. “Но мы считаем, что мы на верном пути. Это еще предстоит доказать”,- говорит он.