新聚合物微粒可用于在不同时间传递疫苗。这项工作可能导致儿童疫苗仅需接种一次，从而消除加强剂的需要。
在全球范围内，20%的儿童没有完全免疫，导致每年有150万儿童因可预防疫苗接种的疾病而死亡。大约一半的未接种儿童至少接种过一剂疫苗，但未完成疫苗系列，而其余的儿童则完全没有接种疫苗。
为让儿童更容易接种所有疫苗，麻省理工学院的研究人员正在开发可以在注射后数周或数月释放载荷的微粒。这可能导致疫苗可以仅需接种一次，但会在不同的时间点释放几种剂量。
在今天发表在期刊《先进材料》上的一项研究中，研究人员展示了他们能够使用这些粒子传递两剂白喉疫苗——一剂立即释放，第二剂在两周后释放。接种了这款疫苗的小鼠产生的抗体数量与两次相隔两周分别接种了两剂疫苗的小鼠相当。
研究人员现在希望延长这些间隔，这可能使微粒适用于在几个月内分几次接种的儿童疫苗，例如脊髓灰质炎疫苗。
“这项工作的长期目标是开发使免疫接种更容易获得的疫苗——特别是对于那些生活在难以到达医疗设施的地区的儿童。这包括美国的农村地区以及基础设施和医疗诊所有限的发展中国家的部分地区，”麻省理工学院科赫整合癌症研究所的首席研究员安娜·贾克伦茨说。
贾克伦茨和麻省理工学院的戴维·H·科赫研究所教授罗伯特·兰格是该研究的高级作者。最近完成化学工程博士学位的麻省理工学院研究生林子轩（罗达）张是论文的首席作者。
自我加强疫苗
近年来，贾克伦茨、兰格和他们的同事们一直在研究由一种名为PLGA的聚合物制成的疫苗传递颗粒。2018年，他们展示了如何使用这些类型的颗粒传递两剂脊髓灰质炎疫苗，这两剂的释放时间约相隔25天。
PLGA的一个缺点是，当颗粒在体内缓慢降解时，周围环境可能变得酸性，这可能会损害颗粒内部的疫苗。
麻省理工团队现在正在研究克服PLGA颗粒中的这一问题的方法，也在探索能够产生较少酸性环境的替代材料。在新的研究中，研究人员决定专注于另一种聚合物，称为聚酐。
“这项工作的目标是通过探索新策略来解决关键挑战，从而推进该领域，特别是与pH敏感性和抗原降解相关的问题，”贾克伦茨说。
聚酐是兰格在40多年前开发用于药物传递的生物可降解聚合物，具有很强的疏水性。这意味着，在体内逐渐侵蚀聚合物时，降解产物几乎不溶于水，并生成了一个较少的酸性环境。
聚酐通常由两种不同单体的链组成，可以以大量可能的组合组装。对于这项研究，研究人员创建了23种聚合物的库，这些聚合物在单体构建块的化学结构和用于最终产品的两种单体的比例上存在差异。
研究人员根据这些聚合物耐受至少104华氏度（40摄氏度，略高于体温）的能力，以及在将其形成微粒的过程中是否能够保持稳定来评价它们。
为了制造颗粒，研究人员开发了一种名为聚合物层印刷组装（SEAL）的方法。首先，他们使用硅模具形成可装填疫苗抗原的杯状颗粒。然后，使用相同聚合物制成的盖子应用于颗粒并通过加热密封。那些被证明过于脆弱或未完全密封的聚合物被剔除，最终留下六种最佳候选聚合物。
研究人员使用这些聚合物设计能够在注射后两周释放白喉疫苗的颗粒，并与立即释放的疫苗一起给予小鼠。在初始注射四周后，这些小鼠表现出的抗体水平与接受了两剂相距两周的小鼠相当。
延长释放
在他们的研究中，研究人员还开发了一个机器学习模型，以帮助他们探索决定颗粒在体内降解所需时间的因素。这些因素包括进入材料的单体类型、单体比例、聚合物分子量和载荷能力，或颗粒中可以装入多少疫苗。
使用该模型，研究人员能够快速评估近500种可能的颗粒并预测其释放时间。他们在控制缓冲液中测试了几种这些颗粒，并证明了模型的预测是准确的。
未来的工作中，该模型还可能帮助研究人员开发能够在更长间隔（几个月甚至几年）后释放其载荷的材料。这可能使其适用于许多需要在几年内接种多次剂量的儿童疫苗。
“如果我们想将其扩展到更长的时间点，比如超过一个月甚至更长，我们绝对有一些方法可以做到这一点，例如增加聚合物的分子量或疏水性。我们也可能进行一些交联。这些是在聚合物的化学变化上进一步调整，以减缓释放动力学或延长颗粒的保留时间，”张说。
研究人员现在希望探索将这些传递颗粒用于其他类型的疫苗。他们表示，这些颗粒对于传递对酸敏感并需要多次剂量的其他类型药物也可以证明是有用的。
“这项技术在单次注射疫苗方面有广泛潜力，但也可以适应传递需要耐久性或多剂量的小分子或其他生物制剂。此外，它还可以容纳具有pH敏感性的药物，”贾克伦茨说。
这项研究部分由国家癌症研究所的科赫研究所支持（核心）拨款资助。
