Los ingenieros del MIT han inventado un nuevo método de fabricación tridimensional que puede generar un nuevo tipo de partícula portadora de fármacos que podría permitir la administración de múltiples dosis de un fármaco o vacuna durante un período de tiempo prolongado con una sola inyección.

Las nuevas micropartículas se asemejan a pequeñas tazas de café que se pueden llenar con un medicamento o una vacuna y luego sellar con una tapa. Las partículas están hechas de un biocompatible, Polímero aprobado por la FDA que puede diseñarse para degradarse en momentos específicos, derramando el contenido de la "taza".

"Estamos muy entusiasmados con este trabajo porque, por primera vez, podemos crear una biblioteca de pequeños, partículas de vacuna encerradas, cada uno programado para soltarse en un preciso tiempo predecible, para que las personas puedan recibir una única inyección que, en efecto, tendría varios impulsores ya integrados. Esto podría tener un impacto significativo en los pacientes de todo el mundo. especialmente en el mundo en desarrollo donde el cumplimiento del paciente es particularmente pobre, "dice Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch del MIT.

Langer y Ana Jaklenec, científico investigador del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, son los autores principales del artículo, que aparece online en Ciencias el 14 de septiembre. Los autores principales del artículo son el postdoctorado Kevin McHugh y el ex postdoctorado Thanh D. Nguyen, ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Connecticut.

Copas selladas

El laboratorio de Langer comenzó a trabajar en las nuevas partículas de administración de fármacos como parte de un proyecto financiado por la Fundación Bill y Melinda Gates. que buscaba una manera de administrar múltiples dosis de una vacuna durante un período de tiempo específico con una sola inyección. Eso podría permitir a los bebés en países en desarrollo, que puede que no vea a un médico con mucha frecuencia, para recibir una inyección después del nacimiento que administraría todas las vacunas que necesitarían durante el primer o los dos primeros años de vida.

Langer ha desarrollado previamente partículas de polímero con fármacos incrustados en toda la partícula, permitiendo que se liberen gradualmente con el tiempo. Sin embargo, para este proyecto, los investigadores querían encontrar una forma de administrar ráfagas cortas de un fármaco en intervalos de tiempo específicos, para imitar la forma en que se administraría una serie de vacunas.

Para lograr su objetivo, se propusieron desarrollar una copa de polímero sellable hecha de PLGA, un polímero biocompatible que ya ha sido aprobado para su uso en dispositivos médicos como implantes, suturas y dispositivos protésicos. El PLGA también puede diseñarse para degradarse a diferentes velocidades, permitiendo la fabricación de múltiples partículas que liberan su contenido en diferentes momentos.

Las técnicas de impresión 3-D convencionales resultaron inadecuadas para el material y el tamaño que querían los investigadores. así que tuvieron que inventar una nueva forma de fabricar las copas, inspirándose en la fabricación de chips de computadora.

Usando fotolitografía, crearon moldes de silicona para las tazas y las tapas. Grandes matrices de aproximadamente 2, 000 moldes se colocan en un portaobjetos de vidrio, y estos moldes se utilizan para dar forma a las tazas de PLGA (cubos con longitudes de borde de unos pocos cientos de micrones) y tapas. Una vez que se ha formado la matriz de copas de polímero, los investigadores emplearon un sistema de dispensación automático para llenar cada taza con un medicamento o vacuna. Después de llenar las copas, las tapas están alineadas y colocadas en cada taza, y el sistema se calienta ligeramente hasta que la taza y la tapa se fusionan, sellar la droga en el interior.

"Cada capa se fabrica primero por sí sola, y luego se ensamblan juntos, "Dice Jaklenec." Parte de la novedad está realmente en cómo alineamos y sellamos las capas. Al hacerlo, desarrollamos un nuevo método que puede hacer estructuras que los métodos de impresión 3D actuales no pueden. Este nuevo método denominado SEAL (StampEd Assembly of Polymer Layers) se puede utilizar con cualquier material termoplástico y permite la fabricación de microestructuras con geometrías complejas que podrían tener amplias aplicaciones. incluida la administración de fármacos pulsátiles inyectables, sensores de pH, y dispositivos de microfluidos tridimensionales ".

Entrega a largo plazo

El peso molecular del polímero PLGA y la estructura de la "columna vertebral" de las moléculas del polímero determinan qué tan rápido se degradarán las partículas después de la inyección. La tasa de degradación determina cuándo se liberará el fármaco. Al inyectar muchas partículas que se degradan a diferentes velocidades, los investigadores pueden generar una fuerte explosión de fármaco o vacuna en puntos de tiempo predeterminados. "En el mundo en desarrollo, esa podría ser la diferencia entre no vacunarse y recibir todas sus vacunas en una sola inyección, "Dice McHugh.

En ratones, los investigadores demostraron que las partículas se liberan en ráfagas bruscas, sin fuga previa, a las 9, 20, y 41 días después de la inyección. Luego probaron partículas llenas de ovoalbúmina, una proteína que se encuentra en las claras de huevo y que se usa comúnmente para estimular experimentalmente una respuesta inmune. Usando una combinación de partículas que liberaron ovoalbúmina a los 9 y 41 días después de la inyección, encontraron que una sola inyección de estas partículas podía inducir una fuerte respuesta inmune que era comparable a la provocada por dos inyecciones convencionales con el doble de dosis.

Los investigadores también han diseñado partículas que pueden degradarse y liberarse cientos de días después de la inyección. Un desafío para el desarrollo de vacunas a largo plazo basadas en tales partículas, los investigadores dicen, es asegurarse de que el fármaco encapsulado o la vacuna permanezcan estables a la temperatura corporal durante un período prolongado antes de su liberación. Ahora están probando estas partículas de administración con una variedad de medicamentos, incluidas las vacunas existentes, como la vacuna antipoliomielítica inactivada, y nuevas vacunas aún en desarrollo. También están trabajando en estrategias para estabilizar las vacunas.

"La técnica SEAL podría proporcionar una nueva plataforma que puede crear casi cualquier pequeño, objeto rellenable con casi cualquier material, lo que podría brindar oportunidades sin precedentes en la fabricación en medicina y otras áreas, ", Dice Langer. Estas partículas también podrían ser útiles para administrar medicamentos que deben administrarse de forma regular, como vacunas contra la alergia, para minimizar el número de inyecciones.