Шесть новых технологий вакцинации могут полностью заменить традиционные шприцы

Исследовательские группы и стартапы создали альтернативные методы введения вакцин, в том числе микроигольные пластыри, назальные спреи, пероральные формы и безыгольные инъекторы. Эти технологии должны снизить зависимость от холодовой цепи, преодолеть боязнь уколов и ускорить проведение массовых кампаний иммунизации.

На протяжении последнего столетия подавляющее большинство прививок делали с помощью шприца и иглы, но новая волна разработок позволит вводить вакцины иначе. Исследовательские группы и стартапы в разных уголках мира тестируют такие инновационные методы доставки препаратов, как пластыри, спреи, таблетки, сухие порошки и электрические импульсы, чтобы упростить логистику, устранить психологические барьеры и повысить эффективность защиты. Об этом пишет международная организация Gavi, помогающая странам с низким уровнем дохода получить доступ к вакцинам.

Микроигольные пластыри

Они имеют сотни микроскопических выступов, которые безболезненно прокалывают верхние слои кожи и доставляют вакцину в богатый иммунными клетками эпидермис и дерму. Препарат наносят в сухом виде на поверхность иглы или интегрируют его в состав материала, из которого они изготовлены.

Пластырь значительно легче, компактнее и устойчивее к перепадам температур по сравнению с жидкими вакцинами. Его можно клеить самостоятельно, не обращаясь к медработникам.

Альянс по реализации Стратегии определения приоритетных инноваций в сфере разработки вакцин (VIPS), объединяющий Gavi, ВОЗ, ЮНИСЕФ, PATH, Фонд Билла и Мелинды Гейтс, утвердил перечень из 11 инфекций, против которых разрабатываются вакцины в форме пластырей. В испытаниях пластырь с вакциной от кори и краснухи, созданный Центрами по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) и Технологическим институтом Джорджии, продвинулся дальше всех — в этом году может стартовать его III фаза.

Вакцины для назального применения

Отдельное направление — вакцины в виде назальных спреев или ингаляций. Их цель — сформировать иммунитет прямо в слизистых оболочках носа, горла и дыхательных путей, где многие вирусы — грипп, коронавирусы, респираторно-синцитиальный вирус (РСВ) — впервые контактируют с организмом.

В отличие от классических инъекций, которые стимулируют системный иммунный ответ в крови, назальные и ингаляционные препараты по замыслу разработчиков должны стимулировать выработку иммуноглобулина A (IgA) и Т-клеток в слизистой носа, блокируя патоген еще до его проникновения в клетки.

Пандемия COVID-19 резко усилила интерес к этому подходу. Первые поколения инъекционных вакцин хорошо предотвращали тяжелое течение болезни, но слабо сдерживали передачу вируса. Предполагается, что назальные прививки помогут снизить вероятность передачи инфекции окружающим.

Сегодня проводятся исследования назальных и ингаляционных вариантов вакцин против гриппа, COVID-19, РСВ и туберкулеза. Параллельно изучаются как жидкие назальные спреи, которые лучше работают при инфекциях верхних дыхательных путей, так и ингаляционные аэрозоли, способные формировать иммунитет глубже — в легочной ткани.

Оральные вакцины и съедобные растения

Они известны давно. Пероральная вакцина от полиомиелита доступна с 1960-х годов. Благодаря ей иммунизированы миллиарды детей. Позднее появились аналогичные прививки от холеры, ротавируса и брюшного тифа. Они нацелены на огромную по площади и насыщенную иммунными клетками слизистую кишечника, где формируется как местный, так и системный ответ.

В условиях нехватки медицинских кадров и слаборазвитой инфраструктуры пероральные вакцины имеют ряд преимуществ: их проще транспортировать и распределять среди населения, зачастую они менее капризны к температурным условиям. Сейчас испытания проходят пероральные вакцины нового поколения против норовируса, вируса папилломы человека (ВПЧ), вируса Эпштейна — Барр, COVID-19 и гриппа.

Одно из новых направлений — съедобные препараты. Ученые внедряют в клетки растений (например, томаты или рис) генетические инструкции для синтеза вакцинных антигенов — фрагментов патогенных белков, стимулирующих иммунный ответ. Иммунизация происходит через их употребление в пищу. Главная техническая проблема — пищеварительный тракт успевает разрушить чужеродные молекулы кислотой и ферментами раньше, чем они достигают иммунных клеток кишечника. Поэтому разрабатываются капсулы, растворяющиеся только в тонком кишечнике, системы доставки на основе бактерий, дрожжей и наночастиц, которые могут экранировать вакцинные компоненты от агрессивной среды и направлять их к иммунным клеткам.

Безыгольные инъекторы

Узкий высокоскоростной струйный поток жидкости под давлением пробивает кожу и доставляет вакцину на заданную глубину — в эпидермис и дерму, подкожный жир или мышцу. Отсутствие иглы полностью снимает тревожность, связанную с ее применением. Кроме того, технология исключает риск травм медперсонала, связанных с уколами, — ежегодно регистрируется более 2 млн подобных случаев — и облегчает утилизацию медицинских отходов.

Среди основных препятствий — антигены не выдерживают высокое давление, особенно в белковых и мРНК-вакцинах. Поэтому производители работают над увеличением стабильности антигенов вакцин и их лиофилизацией (превращением в сухой порошок с заранее известной вязкостью, благодаря чему не нужно угадывать состояние жидкости).

Еще одна сложность заключается в подборе мощности: слишком слабый выстрел не даст нужного терапевтического эффекта, слишком сильный — повредит ткани. Для ее преодоления изобрели «умные» инъекторы — например, от Portal Instruments, которые считывают сопротивление тканей и корректируют скорость струи прямо во время микровпрыска. Это минимизирует боль и гарантирует 100%-ное попадание препарата на нужную глубину.

Электропорация

Эта инновация не заменяет инъекционные вакцины, а позволяет добиться лучших результатов. После введения к коже прикладывают электрод, который генерирует короткие электрические импульсы. Они временно открывают микропоры в мембранах клеток, позволяя большему количеству вакцинных молекул проникнуть внутрь.

Технология особенно актуальна для ДНК-вакцин, которые доставляют в клетки генетические инструкции для производства вирусных или бактериальных белков, которые затем тренируют иммунную систему. ДНК трудно доставить в ядро клетки в достаточном количестве для формирования сильного иммунного ответа. Технология электропорации решает эту задачу, но есть и обратная сторона: нужно дополнительное оборудование и обученный персонал. По этой причине метод не всегда подходит для реализации в условиях масштабных кампаний иммунизации.

Сухие вакцины

Технология может быть адаптирована для всех перечисленных выше форм. На сегодняшний день единственным широко распространенным примером лиофилизированного препарата остается вакцина против желтой лихорадки, используемая уже десятки лет.

Однако при высушивании препаратов крайне непросто избежать повреждения активных веществ, особенно в случае мРНК‑вакцин. Они отличаются повышенной чувствительностью к нагреву и механическому воздействию. Для них используются системы, состоящие из сахаров, полимеров и наночастиц, которые поддерживают целостность структуры молекул на протяжении всего срока хранения. Если подход окажется успешным, это даст возможность быстро осуществлять массовую иммунизацию в случае будущих пандемий без привлечения дорогостоящей инфраструктуры для поддержания холодовой цепи.