医疗和牙科

科学家开发出3D打印的微针疫苗贴片,其效果优于注射

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科学家们斯坦福大学北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC)已经生产出一种3D打印的疫苗贴片,他们声称这种贴片比一般的疫苗接种提供更大的保护。

据报道,这种微针贴片直接应用于皮肤,产生的免疫反应比通过针刺注射到手臂肌肉的疫苗大10倍。这种微针贴片还有其他优点,包括容易和无痛的分娩,以及自我管理的潜力。

该研究的主要作者、3D打印机OEM联合创始人约瑟夫·德西蒙(Joseph DeSimone)说:“在开发这项技术的过程中,我们希望为全球更快地以低剂量、无痛苦和无焦虑的方式开发疫苗奠定基础。.“我们在疫情期间学到的最大教训之一是,科技创新可以促成或破坏全球应对措施。

“幸运的是,我们有生物技术和卫生保健工作者为我们所有人挑战极限。”

斯坦福大学和北卡罗来纳大学的科学家使用3D打印技术制造出一种微针疫苗贴片。通过UNC照片。
斯坦福大学和北卡罗来纳大学的科学家使用3D打印技术制造出一种微针疫苗贴片。通过UNC照片。

微针贴片的优点

长期以来,疫苗接种一直是帮助预防传染病的一项重要公共卫生措施,在过去一年里,它在保护全球人口抵御Covid-19的努力中发挥了至关重要的作用。虽然疫苗通常是通过皮下注射针头注射,但微针贴片已经研究和开发了几十年。

3D打印技术被越来越多地用于提高微针贴片的定制性和准确性,这为疫苗接种提供了一种非侵入性和无痛的方法。这种贴片可以自我注射,对于那些害怕针头的人来说,它是一个更有吸引力的选择,同时减少了对训练有素的人员注射疫苗的需求。

这种贴片通常由微小的3D打印微针组成,它们排列在聚合物贴片上,并直接应用于皮肤。然后疫苗针对皮肤中的免疫细胞,产生抗原特异性抗体反应。

微针贴片还具有物流优势。通过针头注射的疫苗通常需要冷藏在冰箱或冰柜中,通常需要前往诊所、医院或疫苗接种中心。相比之下,疫苗涂层的微针贴片无需特殊处理就可以运往世界任何地方,而且由于它们可以自我管理,这意味着患者前往医院或诊所的次数将减少。

科学家们认为,这些好处可能会在未来鼓励更高的疫苗接种率。

CLIP-printed micedneedle for vaccine formulation。通过PNAS的形象。
CLIP-printed micedneedle for vaccine formulation。通过PNAS的形象。

3D打印微针贴片

大多数微针疫苗是通过成型技术制造的,但是这种方法可能缺乏多功能性,并导致复制过程中针头的锐度降低。该研究的第一作者、北卡罗来纳大学医学院微生物与免疫学系的研究员田少民表示,在适应不同类型的疫苗方面也存在挑战。

她说:“这些问题,加上制造方面的挑战,可以说阻碍了用于疫苗输送的微针领域的发展。”“我们的方法允许我们直接3D打印微针,这给了我们很大的设计自由度,使我们可以从性能和成本角度制作最好的微针。”

由斯坦福大学和北卡罗来纳大学的科学家开发的微针贴片,是用Carbon公司的原型3D打印机3D打印出来的连续液界面生产(CLIP)技术。

研究结果显示,这种疫苗贴片产生了显著的t细胞和抗原特异性抗体反应,据报道,这种反应比在皮肤下注射的典型疫苗强50倍。由此产生的免疫反应被观察到是直接注射到手臂肌肉的疫苗的10倍。

科学家们表示,增强的免疫反应可能为减少剂量铺平道路,即使用微针疫苗贴片来注射更小剂量的特定疫苗,但仍会引发类似的免疫反应,就像使用针头和注射器注射疫苗一样。这可能在一定程度上有助于更好地管理疫苗供应和需求,并确保更多人获得重要疫苗。

未来,斯坦福大学和北卡罗来纳大学的团队将继续将辉瑞和Moderna等新型冠状病毒疫苗制成3D打印微针贴片,用于未来的测试。

有关这项研究的更多信息,请参阅题为:“通过3D打印微针经皮接种可产生强大的体液和细胞免疫,”发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。C. Caudill, J. Perry, K. lliadis, A. Tessema, B. Lee, B. Mecham, S. Tian和J. DeSimone共同撰写了这项研究。

4D打印微针具有后面向倒刺,插入时与组织互锁,增强附着力。图片来自罗格斯大学。
4D打印微针具有后面向倒刺,插入时与组织互锁,增强附着力。图片来自罗格斯大学。

微针3 d打印

在前几年,利用3D打印技术生产微针贴片已经进行了大量的研究。与传统的微成型技术相比,3D打印允许更大的定制和可重复性,并允许按需制造补丁。这消除了诊所和实验室对存储空间的需求,同时回避了微成型方法的高初始加工成本。

例如,2018年德克萨斯大学达拉斯分校开发了一种新的低成本制作微针阵列的方法使用FFF 3D打印机,而今年早些时候罗格斯大学采用投影微立体平版技术制作4D打印生物灵感和可编程微针增强组织粘连。

在其他地方,科学家们亚利桑那州立大学南加州大学合作生产受帽贝启发的3D打印微针补丁它可以在未来无痛地给病人提供药物。

最近,一种新颖的装置结合了3D打印、微针和微电子机械系统(MEMS)是由肯特大学的斯特拉思克莱德大学,可用于提供可控的经皮给药。

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特色的图像显示斯坦福大学和北卡罗来纳大学的科学家们使用3D打印技术制造了一种微针疫苗贴片。通过UNC照片。