《科學》子刊：科學家發明3D列印無創疫苗接種神器

說起注射，世界上大概有兩類人會毛骨悚然，一類是糖尿病患者，一類是要接種疫苗的兒童。對於第一類患者，現在已經有很多公司在想招兒減輕患者的痛苦了，例如Intarcia Therapeutics（這個一年換一次的降血糖小棍，又融了2.15億美元丨奇點實力派）。小朋友的接種問題還沒有特別好的無創解決方案。

來自加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）的Dorian Liepmann教授團隊正在嘗試解決疫苗的無創接種問題。因為他們認為，非侵入性的疫苗接種方法不僅可以減輕被接種人的恐懼和痛苦，還可以在流行疾病大爆發的時候，實現低成本、便捷的免疫接種，畢竟非侵入性的接種方法可以不需要醫生。

Dorian Liepmann教授（頭髮灰白者）團隊

於是在Liepmann實驗室博士後Kiana Aran的帶領下，Liepmann的團隊利用3D列印技術發明了一個無創的疫苗接種神器MucoJet，由於Aran和她同事的這項研究有可能改變疫苗的接種方式，她們的這項發明刊登在著名期刊《科學轉化醫學》上(1)。

無創疫苗接種神器MucoJet和注射針頭比較

當天，《科學》雜誌給Liepmann團隊的這一研究做了專題報道，《科學》雜誌認為，這項技術可能有助於阻止通過嘴、鼻子或生殖器進入身體的病原體的感染，例如HIV、人乳頭瘤病毒、流感病毒和淋球菌（2）。

MucoJet是一個15×7毫米的圓柱體，由內外兩個膠囊組成，在外部膠囊里儲存了約5滴水。 內部膠囊實際上是由兩個獨立的小室組成，靠近噴頭（小孔直徑為200微米）的小室里裝的是疫苗，上面一個小室里含有粉狀檸檬酸和碳酸氫鈉，當接種的時候，我們用手擠壓外面的膠囊，水就進到上面的小室了，這個時候，我們高中學的那個化學反應就發生了，對，產生了二氧化碳。

MucoJet的結構和工作原理

一分鐘之後，氣體在上面的消膠囊內形成強大的壓力，衝破隔膜，推動活塞，瞬間將疫苗推出。疫苗貫穿口腔內膜，進入臉頰組織，激活相應的免疫細胞。「由於壓力非常集中，噴口的直徑非常小，所以疫苗就順利地穿透口腔粘膜層，」Aran說。

MucoJet在口腔起做用的機制

那麼這個接種系統威力究竟如何呢？Aran團隊決定用豬的粘膜層和臉頰組織試一試。於是他們在MucoJet的疫苗室里裝上了卵清蛋白（一種免疫刺激蛋白），對照組用滴管滴卵清蛋白到同樣的組織上（模擬口服疫苗）。三個小時之後，研究人員檢測相應組織中卵清蛋白的含量，驚喜的發現使用MucoJet的實驗組織的卵清蛋白是對照組的8倍。

這就說明MucoJet確實能把疫苗送入臉頰的黏膜。然後，Aran團隊做了一下調整，在一定程度上增加了推送的壓力。她們發現，卵清蛋白的該藥量是跟壓力呈正相關的。

如此看來，MucoJet的威力確實不小，接下來就要看通過臉頰接種究竟能不能激發動物的免疫系統。Aran在兔子身上做了這個實驗。用的還是卵清蛋白，他們發現在兔子口腔內，MucoJet的給葯能力是滴管的7倍。 最重要的是，用MucoJet接種卵清蛋白的兔子體內的關鍵免疫抗體濃度是滴管接種的數千倍。

研究人員沒有比較MucoJet與注射接種對免疫系統激發的差異，但是她們表示，從之前的研究來看，MucoJet接種激發的免疫響應程度與注射不分伯仲。

伯明翰阿拉巴馬大學的粘膜免疫學家Jiri Mestecky說，MucoJet「看起來很有吸引力」。然而，作為粘膜疫苗的主要支持者，他Mestecky也不確定它是否能在接種人體內起作用。在Mestecky看來，兔子和人的臉頰組織可能有較大差異，與兔子相比，人的臉頰組織里可以被疫苗激活的免疫細胞相對較少。「臉頰免疫在人體研究中並不十分有效，」Mestecky說。

此外，沒有針頭雖然是它的優勢，但是由於每個人的臉頰對疫苗的吸收是不同的，不同疫苗的溶解度和滲透能力也是有差異的，與注射相比，劑量的控制可能挑戰較大。

Aran表示，對於這些問題，她們可以通過調整溶劑、噴嘴直徑和噴射的壓力來調節。而且，Aran在論文中指出，口腔黏膜中存在大量的免疫細胞，例如，樹突細胞、郎格罕細胞、T淋巴細胞和粘膜相關淋巴組織，因此口腔是非常理想的免疫接種組織。至於物種之間的差異，她們打算下一步在猴子或其他更接近人類的動物中進行實驗。

MucoJet口腔接種操作方法

《科學》雜誌在採訪Aran時，認為這個小小的噴射器在操作時，恐怕沒那麼方便。對於這個問題，Aran也有自己的考慮，她們打算把這個改進成「棒棒糖」形狀的，這樣一來接種的時候就可以用這個「棒棒糖」直接頂在臉頰上，輕而易舉的完成接種。當然，如果噴頭上真的有糖的話，小孩子應該更樂意於接種。

Aran表示，MucoJet的發展的下一步是在大型動物體內開展真正的疫苗實驗。 他們希望MucoJet可以在五到十年內投入臨床使用。

參考資料：

【1】Aran K, Chooljian M, Paredes J, Rafi M, Lee K, et al. 2017. An oral microjet vaccination system elicits antibody production in rabbits. Science Translational Medicine 9

【2】http://www.sciencemag.org/news/2017/03/high-pressure-spray-delivers-vaccines-directly-cheek

【3】http://news.berkeley.edu/2017/03/08/oral-delivery-system-could-make-vaccination-needle-free/

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