Ein neues nadelfreies Grippeimpfstoffpflaster hat das Immunsystem wie eine herkömmliche Grippeimpfung ohne negative Nebenwirkungen aktiviert, so eine im Journal of Investigative Dermatology veröffentlichte Studie. Obwohl sich die Forschung in einem frühen Stadium befindet (das Pflaster wurde nicht am Menschen getestet), ist es ein wichtiger Schritt in Richtung einer Technologie, die nadelbasierte Impfmethoden ersetzen könnte, die die Verabreichung durch medizinisches Personal und die Entfernung von biogefährdenden Abfällen erfordern.
„Wissenschaftler untersuchen seit fast zwei Jahrzehnten nadelfreie Impfstoffansätze, aber keine der Technologien wurde dem Hype gerecht“, sagte Benjamin L. Miller, Ph.D., korrespondierender Autor und Dekan der Professor für Dermatologie an der Universität von Rochester Medical Center. „Unser Pflaster überwindet viele der Herausforderungen, denen sich Mikronadel-Pflaster für die Impfstoffabgabe gegenübersehen, die Hauptmethode, die im Laufe der Jahre getestet wurde, und unsere Wirksamkeit und mangelnde Toxizität begeistern mich für die Aussicht auf ein Produkt, das enorme Auswirkungen auf die globale Gesundheit haben könnte.“
Häufige Hauterkrankungen ebnen den Weg für eine nadellose Grippeimpfung
Es ist schwierig, große Moleküle wie Grippeimpfstoffproteine über die Haut zu transportieren, da die Haut dazu bestimmt ist, Dinge aus dem Körper fernzuhalten und nicht hereinzulassen. Das Studienteam nahm Lehren aus der Forschung und Behandlung einer häufigen entzündlichen Hauterkrankung, um diese Hürde zu überwinden und ihre Grippeimpfstoff-Patch-Strategie zu informieren.
Bei Patienten mit Ekzemen oder atopischer Dermatitis ist die Hautbarriere undicht, so dass Pollen, Schimmelpilze und eine Vielzahl anderer Allergene durch die Haut eindringen und vom Immunsystem wahrgenommen werden können. Lisa A. Beck, M.D., korrespondierender Autor und Dekan Professor für Dermatologie an der University of Rochester Medical Center entdeckt, dass die Expression eines Proteins namens Claudin-1 hilft, die Barrierestärke zu erhalten und die Durchlässigkeit der Haut zu verringern. Claudin-1 ist bei Ekzemp-Patienten (daher die undichte Hautbarriere) im Vergleich zu Personen ohne die Krankheit signifikant reduziert.
In früheren Forschungen fand Beck heraus, dass die Verringerung der Claudin-1-Expression in Hautzellen von gesunden Spendern die Haut durchlässiger machte. Beck, Miller und Erstautor Matthew Brewer, Ph.D., fragte sich, ob sie diese induzierte Permeabilität nutzen könnten, um ein Grippeimpfstoffvirus durch die Haut zu bekommen. Der Schlüssel wäre, die Hautbarriere lange genug zu stören, um das Virus abzugeben, aber nicht so lange, um unerwünschte Dinge hereinzulassen.
Wie es funktioniert: Dermatologie, Chemie und Impfstoffbiologie kollidieren
Miller, ein Chemiker, arbeitete mit Brewer zusammen, der in Impfstoffbiologie und Immunologie ausgebildet wurde, um synthetische Peptide zu entwickeln, die an Claudin-1 binden und es in ein Versuch, die Hautbarriere zu öffnen. Sie testeten ihre Formulierungen in menschlichen Hautzellen und identifizierten ein Peptid, das die Barriere ohne toxische Wirkungen störte.
Als nächstes entwarfen sie ein Pflaster, das das synthetische Peptid und einen rekombinanten Grippeimpfstoff enthielt, und testeten zwei Szenarien. In der ersten Phase platzierten sie das Pflaster auf Mäuse, um das Immunsystem zu stärken, und verabreichten anschließend eine intramuskuläre Grippeimpfung, um die Immunität zu stärken. In der zweiten machten sie das Gegenteil und lieferten zuerst eine intramuskuläre Grippeimpfung, um das Immunsystem zu stärken, gefolgt von dem Pflaster, um die Immunität zu stärken.
In beiden Szenarien platzierten sie das Grippeimpfstoffpflaster, das wie ein winziges Stück Klebeband aussieht, auf den Rücken von Mäusen und ließen es dort so wenig wie 18 und so lange wie 36 Stunden. Das Pflaster öffnete effektiv die Hautbarriere, gemessen am Wasserverlust durch die Haut.
Als das Pflaster zuerst platziert wurde, gab es keine signifikante Immunantwort, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise nicht wirksam ist, ein Grippe-Naïve-Kind zu nehmen, das keine Grippeimpfung erhalten hat oder dem Virus ausgesetzt war ausreichender Schutz. Aber es initiierte eine robuste Immunantwort (gemessen an einem Anstieg der Antikörper gegen das Grippeimpfstoffvirus), als es dem intramuskulären Schuss folgte, was darauf hindeutet, dass es die bereits bestehende Immunität für jeden sechs Monate oder älter stärken könnte, der geimpft wurde und / oder dem Virus ausgesetzt war (imitiert, was passiert, wenn wir Jahr für Jahr saisonale Grippeimpfungen bekommen).
Wichtig ist, dass das Team über den Zeitraum von drei Monaten, in dem die Mäuse beobachtet wurden, keine körperlichen Veränderungen in der Haut feststellte, was bedeutet, dass die kurze Barrierestörung das Infektionsrisiko nicht erhöhte.
„Als wir das Pflaster mit dem Peptid aufbrachten, wurde die Maushaut für kurze Zeit durchlässig“, sagte Brewer, Postdoktorand in den Labors von Beck und Miller. „Aber sobald das Pflaster entfernt wurde, begann sich die Hautbarriere zu schließen. Wir sahen bereits eine Stunde nach der Entfernung signifikante Unterschiede, und nach 24 Stunden war die Haut wieder normal, was aus Sicherheitsgründen eine gute Nachricht ist.“
Verbesserte Impfstoffabgabe für die globale Gesundheit
Aktuelle nadelbasierte Impfstoffe sind wirksam, erfordern jedoch medizinisches Personal, erzeugen Biogefahren (scharfe Gegenstände), die entsorgt werden müssen, und verursachen Patienten Schmerzen und Angstzustände – alles Hindernisse für die Lieferung in Entwicklungsländern, die die Bereiche mit dem größten Bedarf sind.
„Diese Länder haben nicht die Arbeitskräfte, um ganze Bevölkerungen zu impfen“, sagte Beck. „Darüber hinaus gibt es in vielen dieser Gemeinden eine Abneigung gegen die Gesundheitsversorgung. Eine Nadel ist schmerzhaft, es ist invasiv, und das macht die Dinge schwieriger, wenn Sie mit einer kulturellen Voreingenommenheit gegen Präventivmedizin zu tun haben.“
Ein Grippeimpfstoffpflaster könnte eine nicht-invasive Möglichkeit bieten, Impfstoffe schnell und kostengünstig an eine große Anzahl von Menschen zu verabreichen.
„Wenn Sie ein Dorf in Afrika impfen möchten, möchten Sie dies nicht mit Nadeln tun“, fügte Miller hinzu. „Ein Pflaster muss nicht gekühlt werden, es kann von jedem angewendet werden, und es gibt keine Bedenken hinsichtlich der Entsorgung oder der Wiederverwendung von Nadeln.“
Was kommt als nächstes?
Es gibt noch viel mehr Arbeit an dem Grippeimpfstoffpflaster, einschließlich zusätzlicher Tierstudien, um dem Team zu helfen, die Zeit zu optimieren, die das Pflaster auf der Haut verbleiben muss, um die Immunantwort angemessen zu verstärken. Das Team hofft, in Zukunft Studien am Menschen durchführen zu können, und glaubt, dass das Pflaster, wenn es bei Menschen wirksam ist, bei Krankheiten wirken könnte, für die es bereits einen nadelbasierten Impfstoff gibt.
Die Forschung wurde durch einen Technologieentwicklungszuschuss von UR Ventures und Zuschüsse der National Institutes of Health finanziert. Neben Miller, Beck und Brewer trugen Elizabeth Anderson, Radha Pandya, Anna DeBenedetto, Takeshi Yoshida, Tom Hilimire und Luis Martinez-Sobrido zur Studie bei. Zwei der vom Team entwickelten synthetischen Peptide sind patentiert und zwei stehen unter einem vorläufigen Patent.
# # #
Das medizinische Zentrum der Universität von Rochester beherbergt ungefähr 3.000 Personen, die alles von Krebs und Herzkrankheiten bis hin zu Parkinson, pandemischer Influenza und Autismus erforschen. Verteilt auf viele Zentren, Institute und Labore haben unsere Wissenschaftler Therapien entwickelt, die die menschliche Gesundheit vor Ort, in der Region und auf der ganzen Welt verbessert haben. Um mehr zu erfahren, besuchen Sie www.urmc.rochester.edu/research .