Photo credit: Università della Carolina del Nord a Chapel Hill

Gli scienziati della Stanford University e dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill hanno creato un cerotto per vaccino stampato in 3D, che fornisce una protezione maggiore rispetto a un tipico vaccino.

Il segreto sta nell'applicare il cerotto vaccinale direttamente sulla pelle, che è piena di cellule del sistema immunitario.

La risposta immunitaria con il cerotto vaccinale è stata fino a 50 volte maggiore del vaccino somministrato in un muscolo del braccio con una puntura d'ago, secondo uno studio condotto su animali e pubblicato dal team di scienziati su Proceedings of the National Academy of Sciences -PNAS.

La svolta è rappresentata dai microaghi stampati in 3D, allineati su un cerotto polimerico e abbastanza lunghi da raggiungere la pelle per somministrare il vaccino.

“Nello sviluppo di questa tecnologia, speriamo di gettare le basi per uno sviluppo globale ancora più rapido di vaccini, a dosi più basse, in modo senza dolore e ansia- afferma l'autore principale dello studio e imprenditore nella tecnologia di stampa 3D Joseph M. DeSimone, professore di medicina traslazionale e ingegneria chimica alla Stanford University e professore emerito alla UNC-Chapel Hill.

La facilità e l'efficacia di un cerotto vaccinale pone le basi per un nuovo modo di somministrare vaccini indolori, meno invasivi di un'iniezione con un ago e che possono essere autosomministrati. Infatti la somministrazione sulla pelle del vaccino transdermico/ID a base di microaghi offre molti vantaggi rispetto ai vaccini tradizionali, tra cui, appunto, la non invasività e il minor danno tissutale, autoapplicabilità, potenziale per ridurre al minimo la dipendenza dalla catena del freddo e ridotta necessità di somministrazione professionale di aghi ipodermici

I risultati dello studio mostrano che il cerotto vaccinale ha generato una significativa risposta anticorpale delle cellule T e dell'antigene specifico, che era da 20 a 50 volte maggiore di un'iniezione sottocutanea somministrata sotto la pelle.

Questa maggiore risposta immunitaria potrebbe portare a un risparmio di dose, con un cerotto vaccinale con microagh,i che utilizza una dose più piccola per generare una risposta immunitaria simile a quella di un vaccino somministrato con un ago e una siringa.

Mentre i cerotti con microaghi sono stati studiati per decenni, il lavoro dell'Università della Carolina e di Stanford supera alcune sfide del passato: attraverso la stampa 3D, i microaghi possono essere facilmente personalizzati, per sviluppare vari cerotti per vaccini per influenza, morbillo, epatite o vaccini COVID-19.

Vantaggi del cerotto vaccinale

La pandemia di COVID-19 è stata un duro promemoria di come la vaccinazione tempestiva sia differente dalle altre. Ma ottenere un vaccino in genere richiede una visita in una clinica o in un ospedale.

Lì un operatore sanitario prende un vaccino da un frigorifero o da un congelatore, riempie una siringa con la formulazione liquida del vaccino e la inietta nel braccio.

Sembra un processo semplice però ci sono problemi che possono ostacolare la vaccinazione di massa, dalla conservazione a freddo dei vaccini alla necessità di professionisti qualificati che possano dare le vaccinazioni.

Nel frattempo, i cerotti vaccinali, che incorporano microaghi rivestiti di vaccino e che si dissolvono nella pelle, potrebbero essere spediti in qualsiasi parte del mondo senza una manipolazione speciale e le persone possono applicarli da soli.

Inoltre, la facilità di utilizzo di un cerotto vaccinale può portare a tassi di vaccinazione più elevati.

Come sono fatte le patch

"È generalmente una sfida adattare i microaghi a diversi tipi di vaccino- prosegue l'autore principale dello studio Shaomin Tian, ricercatore presso il Dipartimento di microbiologia e immunologia della Scuola di medicina dell'UNC  - Questi problemi, insieme alle sfide di produzione, hanno probabilmente ostacolato il campo dei microaghi per la somministrazione del vaccino".

La maggior parte dei vaccini a microaghi sono fabbricati con modelli master per creare stampi. Tuttavia, la stampa dei microaghi non è molto versatile e gli inconvenienti includono una ridotta affilatura dell'ago durante la replica.

“Il nostro approccio ci consente di stampare direttamente in 3D i microaghi, il che ci offre molta libertà di progettazione per realizzare i migliori microaghi dal punto di vista delle prestazioni e dei costi”, aggiunge Tian.

I cerotti con microaghi sono stati stampati in 3D presso l'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill, utilizzando un prototipo di stampante 3D CLIP che DeSimone ha inventato ed è prodotto da CARBON, una società della Silicon-Valley da lui co-fondata. Rispetto ai microaghi piramidali quadrati lisci, l'aumento della superficie di quelli di tipo 'sfaccettati' può migliorare significativamente la quantità del carico tramite il rivestimento superficiale, che rappresenta un processo delicato in caso di  prodotti biologici.

I microaghi (MN) sono matrici di proiezioni di aghi solidi di dimensioni micrometriche, che possono perforare indolore lo strato corneo e fornire terapie nell'epidermide/derma. "Possono essere fabbricati con metallo solido, silicio o polimeri e sono rivestiti con sostanze terapeutiche o fabbricati con materiali degradabili, che incapsulano sostanze terapeutiche- si legge nello studio- Una volta applicato sulla pelle, il carico si dissolve dai microaghi o il materiale della matrice si degrada e rilascia il carico nella pelle".

Il team di microbiologi e ingegneri chimici sta continuando a innovare, formulando vaccini a mRNA, come i vaccini Pfizer e Moderna COVID-19, in cerotti con microaghi per test futuri.

Ulteriori autori dello studio sono Cassie Caudill, Jillian L. Perry, Kimon lliadis, Addis T. Tessema e Beverly S. Mecham di UNC-Chapel Hill e Brian J. Lee di Stanford.  

Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS: "Transdermal vaccination via 3D-printed microneedles induces potent humoral and cellular immunity". DOI: 10.1073/pnas.2102595118

Antonio Caperna