耐熱性新型コロナウイルス用マイクロニードルワクチンプリンター

Dec 11, 2023

Nature Biotechnology (2023)この記事を引用

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メトリクスの詳細

マイクロニードルパッチ（MNP）形式での熱安定性mRNAワクチンの分散製造は、コールドチェーンや訓練を受けた医療従事者の必要性を排除することで、資源の少ない地域社会でのワクチンへのアクセスを強化できる可能性がある。 ここでは、スタンドアロン デバイスで MNP コロナウイルス病 2019 (COVID-19) mRNA ワクチンを印刷する自動プロセスについて説明します。 ワクチンインクは、mRNA をロードした脂質ナノ粒子と、in vitro で製剤をスクリーニングすることにより高い生物活性が得られるように最適化された溶解性ポリマーブレンドで構成されています。 我々は、モデル mRNA 構築物を使用して評価した場合、得られた MNP が室温で少なくとも 6 か月間保存安定であることを実証します。 ワクチンのローディング効率とマイクロニードルの溶解は、脂質ナノ粒子に封入された有効なマイクログラムスケールの用量のmRNAを単一のパッチで送達できることを示唆している。 重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) スパイクタンパク質受容体結合ドメインをコードする mRNA を用いて手動で作製した MNP を使用してマウスを免疫すると、筋肉内投与と同様の長期免疫応答が刺激されます。

低所得国および中所得国のワクチン接種を受けていないコミュニティは、2019 年コロナウイルス感染症 (COVID-19) やその他の感染症が繰り返し発生するリスクが高く1、死亡率が増加し、より危険な変異種の出現を促進し、経済に悪影響を及ぼします2。 これらの地域社会での集団ワクチン接種は、コールドチェーン対応の保管・輸送インフラが不十分であったり、医療従事者の数が不足したりするなどの問題によって妨げられている3,4。 適切なワクチンを製造するための分散型ローカル システムは、潜在的な解決策を提供します。 これらの地域で有望なワクチン形式は、熱安定性マイクロニードル パッチ (MNP) です 5、6、7、8。 MNP は自分で適用でき、筋肉内 (IM) 注射よりも痛みが少なく、鋭利な廃棄物が発生せず、数か月間保存できるように製剤化でき、さまざまな核酸を含む数種類のワクチンとともに使用されています9、10、11。 12、13、14。 新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に関しては、Moderna 社や Pfizer-BioNTech 社が製造した脂質ナノ粒子 (LNP) カプセル化 mRNA ワクチンが、重症疾患の予防に非常に効果的であることが証明されています。 我々の知る限り、長期熱安定性を有する MNP を使用した LNP ビヒクルでの mRNA ワクチンの皮内 (ID) 送達はこれまでに報告されていません。

MNP の製造では、低資源地域での展開には理想的であるにもかかわらず、製造、ローディング、拡張性において新たな課題が生じ、開発が遅れています15、16、17、18。 正確な投与と適切な皮膚浸透のために、マイクロニードルは鋭く、バッチごとにサイズが一貫している必要があります19。 MNP は、特に不安定な抗原を安定化するために賦形剤が必要な場合、ワクチンの充填に利用できる容量が少ないため制限されます 20。 MNP は通常、遠心分離などの労働集約的で手動かつ不正確な手順を経て個別に手作りされるため、これらの方法を使用した一貫した自動製造は困難です21。

ここでは、LNP カプセル化 mRNA ワクチンまたはその他のカーゴを搭載した溶解可能な MNP を製造するためのマイクロニードル ワクチン プリンター (MVP) について説明します (図 1a–c)。 スタンドアロンのモジュール式デバイス内にマイクロニードル製造プロセスを統合するには、独特の課題が生じます。 マイクロニードルの形成は、通常、成形 22、液滴製造 23、インクジェット印刷 24、25、または 3D 印刷 26、27、28 によって実現され、鋭く、正確で、ミクロンスケールの特徴を備えたマイクロニードルを製造する必要があります。 金型の充填は、無駄を最小限に抑え、可動部品を減らし、ユーザーの介入を必要とせず、自動化可能な機械駆動のワークフローに統合する反復可能なプロセスによって実行される必要があります。 各実行で、MVP は、真空を使用して型内の空気を除去し、インクを破壊することなくワクチン インクをマイクロニードル型に充填し、人間の介入を最小限に抑えた自動化されたワークフローを使用して乾燥を加速します。 自動化されたワークフローには、高精度ロボットディスペンサー、プログラム可能な真空チャンバー、再利用可能なマイクロニードルモールドを含むモジュラーモーションステージが統合されています。 このデバイスで使用されるプロセスは真空アプリケーションに基づいており、幅広い MNP 設計と互換性があり、ワクチンの無駄を最小限に抑えるように最適化されています。