Vaccino con memoria costituita da nanocristalli


Vaccino con memoria costituita da nanocristalli

Un colorante specializzato, somministrato insieme a un vaccino, potrebbe consentire la memorizzazione “su paziente” della storia della vaccinazione. Questo studio è stato finanziato dalla Bill and Melinda Gates Foundation.

Ogni anno, la mancanza di vaccinazione porta a circa 1,5 milioni di morti prevenibili, principalmente nei paesi in via di sviluppo. Un fattore che rende più difficili le campagne di vaccinazione in quelle nazioni è che ci sono poche infrastrutture per archiviare le cartelle cliniche, quindi spesso non esiste un modo semplice per determinare chi ha bisogno di un determinato vaccino.

I ricercatori del MIT hanno ora sviluppato un nuovo modo per registrare la storia delle vaccinazioni di un paziente: la memorizzazione dei dati in un modello di tintura, invisibile ad occhio nudo, che viene somministrato sotto la pelle contemporaneamente al vaccino.

«Nelle aree in cui i documenti di vaccinazione cartacei sono spesso persi o non esistono affatto, e i database elettronici non sono accessibili, questa tecnologia potrebbe consentire il rilevamento rapido e anonimo della storia delle vaccinazioni dei pazienti per garantire che ogni bambino venga vaccinato», afferma Kevin J. McHugh, (1) un ex postdoc del MIT che ora è professore associato di bioingegneria alla Rice University.

I ricercatori hanno dimostrato che il loro nuovo colorante, costituito da nanocristalli chiamati punti quantici, può rimanere per almeno cinque anni sotto la pelle, dove emette luce nel vicino infrarosso che può essere rilevata da uno smartphone appositamente attrezzato.

Kevin J. McHugh e l'ex scienziato in visita Lihong Jing sono gli autori principali dello studio, divulgato da Science Translational Medicine. (2) Ana Jaklenec, ricercatrice presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, e Robert S. Langer, (3) professore del David H. Koch Institute presso il MIT, sono gli autori senior del documento.

Un record invisibile

Diversi anni fa, il team del MIT ha deciso di escogitare un metodo per la registrazione delle informazioni sulle vaccinazioni in un modo che non richiede un database centralizzato o altre infrastrutture. Molti vaccini, come il vaccino contro il morbillo, la parotite e la rosolia (MMR), richiedono dosi multiple distanziate a determinati intervalli; senza registri accurati, i bambini potrebbero non ricevere tutte le dosi necessarie.

«Per essere protetti contro la maggior parte degli agenti patogeni, sono necessarie più vaccinazioni», afferma Ana Jaklenec. «In alcune aree del mondo in via di sviluppo, può essere molto impegnativo farlo, poiché mancano i dati su chi è stato vaccinato e se hanno bisogno di ulteriori colpi o meno.»

Per creare una cartella clinica decentralizzata del paziente, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di punti quantici a base di rame, che emettono luce nello spettro del vicino infrarosso. I punti hanno un diametro di circa 4 nanometri, ma sono incapsulati in microparticelle biocompatibili che formano sfere di circa 20 micron di diametro. Questo incapsulamento consente al colorante di rimanere in posizione, sotto la pelle, dopo essere stato iniettato.

I ricercatori hanno progettato la loro tintura per essere erogata da un cerotto in microneedle anziché da una siringa e un ago tradizionali. Tali cerotti vengono ora sviluppati per fornire vaccini contro il morbillo, la rosolia e altre malattie, e i ricercatori hanno dimostrato che il loro colorante potrebbe essere facilmente incorporato in questi cerotti. I microneedle utilizzati in questo studio sono costituiti da una miscela di zucchero dissolvibile e un polimero chiamato PVA, nonché il colorante a punto quantico e il vaccino. Quando il cerotto viene applicato sulla pelle, i microneedles, lunghi 1,5 millimetri, si dissolvono parzialmente, rilasciando il loro carico utile in circa due minuti.

Caricando selettivamente le microparticelle nei microneedle, le patch forniscono un motivo nella pelle che è invisibile ad occhio nudo ma che può essere scansionato con uno smartphone a cui è stato rimosso il filtro a infrarossi. Il cerotto può essere personalizzato per imprimere diversi schemi che corrispondono al tipo di vaccino somministrato.

«Un giorno è possibile che questo approccio invisibile possa creare nuove possibilità per l'archiviazione dei dati, il biosensing e le applicazioni di vaccino che potrebbero migliorare il modo in cui viene fornita l'assistenza medica, in particolare nei paesi in via di sviluppo», afferma Robert S. Langer.

Immunizzazione efficace

Test effettuati sulla pelle di un cadavere umano hanno mostrato che i modelli di punti quantici potevano essere rilevati dalle fotocamere degli smartphone dopo fino a cinque anni di esposizione al sole simulata. I ricercatori hanno anche testato questa strategia di vaccinazione nei ratti, usando cerotti a microneedle che rilasciavano i punti quantici insieme a un vaccino contro la poliomielite. Hanno scoperto che quei ratti hanno generato una risposta immunitaria simile alla risposta dei ratti che hanno ricevuto un vaccino antipolio iniettato tradizionale.

«Questo studio ha confermato che l'incorporazione del vaccino con il colorante nei cerotti microneedle non ha influito sull'efficacia del vaccino o sulla nostra capacità di rilevare il colorante», afferma Ana Jaklenec.

I ricercatori hanno ora in programma di esaminare gli operatori sanitari delle nazioni in via di sviluppo in Africa per ottenere input sul modo migliore per implementare questo tipo di registrazione delle vaccinazioni. Stanno anche lavorando sull'espansione della quantità di dati che possono essere codificati in un unico schema, consentendo loro di includere informazioni come la data di somministrazione del vaccino e il numero di lotto del lotto di vaccino.

I ricercatori ritengono che i punti quantici siano sicuri in questo modo perché sono incapsulati in un polimero biocompatibile, ma hanno in programma di fare ulteriori studi sulla sicurezza prima di testarli nei pazienti.

«La conservazione, l'accesso e il controllo delle cartelle cliniche è un argomento importante con molti possibili approcci», afferma Mark Prausnitz, (4) presidente dell'ingegneria chimica e biomolecolare della Georgia Tech, che non è stato coinvolto nella ricerca. «Questo studio presenta un nuovo approccio in cui la cartella clinica viene archiviata e controllata dal paziente all'interno della pelle del paziente in modo minimamente invasivo ed elegante.»

La ricerca è stata finanziata dalla Bill and Melinda Gates Foundation and the Koch Institute Support (core) Grant from the National Cancer Institute. Altri autori della ricerca sono: Sean Severt, Mache Cruz, Morteza Sarmadi, Hapuarachchige Surangi Jayawardena, Collin Perkinson, Fridrik Larusson, Sviatlana Rose, Stephanie Tomasic, Tyler Graf, Stephany Tzeng, James Sugarman, Daniel Vlasic, Matthew Peters, Nels Peterson, Lowell Wood, Wen Tang, Jihyeon Yeom, Joe Collins, Philip Welkhoff, Ari Karchin, Megan Tse, Mingyuan Gao, and Moungi Bawendi.

Riferimenti:

(1) Kevin J. McHugh

(2) Biocompatible near-infrared quantum dots delivered to the skin by microneedle patches record vaccination

(3) Robert S. Langer

(4) Mark Prausnitz

Descrizione foto: Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un modo per conservare le informazioni mediche sotto la pelle, usando un particolare colorante che viene iniettato, insieme a un vaccino, da un cerotto microneedle. La tinta, invisibile ad occhio nudo, può essere letta in seguito utilizzando uno smartphone appositamente adattato. - Credit: Second Bay Studios.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Storing medical information below the skin’s surface

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