Les ingénieurs du MIT ont inventé une nouvelle méthode de fabrication en 3D qui peut générer un nouveau type de particule porteuse de médicament qui pourrait permettre l'administration de plusieurs doses d'un médicament ou d'un vaccin sur une période de temps prolongée avec une seule injection.

Les nouvelles microparticules ressemblent à de minuscules tasses à café qui peuvent être remplies d'un médicament ou d'un vaccin, puis scellées avec un couvercle. Les particules sont constituées d'un matériau biocompatible, Polymère approuvé par la FDA qui peut être conçu pour se dégrader à des moments précis, renversant le contenu de la "tasse".

"Nous sommes très enthousiastes à propos de ce travail parce que, pour la première fois, nous pouvons créer une bibliothèque de minuscules, particules de vaccin enrobées, chacun programmé pour libérer à une heure précise, temps prévisible, afin que les gens puissent potentiellement recevoir une seule injection qui, en effet, aurait déjà plusieurs boosters intégrés. Cela pourrait avoir un impact significatif sur les patients du monde entier, en particulier dans les pays en développement où l'observance des patients est particulièrement faible, " dit Robert Langer, le professeur David H. Koch Institute au MIT.

Langer et Ana Jaklenec, chercheur au Koch Institute for Integrative Cancer Research du MIT, sont les auteurs principaux de l'article, qui apparaît en ligne dans Science le 14 septembre. Les auteurs principaux de l'article sont le postdoctorant Kevin McHugh et l'ancien postdoctorant Thanh D. Nguyen, maintenant professeur adjoint de génie mécanique à l'Université du Connecticut.

Gobelets scellés

Le laboratoire de Langer a commencé à travailler sur les nouvelles particules d'administration de médicaments dans le cadre d'un projet financé par la Fondation Bill et Melinda Gates, qui cherchait un moyen d'administrer plusieurs doses d'un vaccin sur une période de temps spécifiée avec une seule injection. Cela pourrait permettre aux bébés des pays en développement, qui pourrait ne pas voir un médecin très souvent, recevoir une injection après la naissance qui leur fournirait tous les vaccins dont ils auraient besoin pendant les une ou deux premières années de vie.

Langer a déjà développé des particules de polymère avec des médicaments intégrés dans toute la particule, leur permettant de se libérer progressivement au fil du temps. Cependant, pour ce projet, les chercheurs voulaient trouver un moyen d'administrer de courtes rafales d'un médicament à des intervalles de temps spécifiques, pour imiter la façon dont une série de vaccins serait administrée.

Pour atteindre leur objectif, ils ont entrepris de développer une coupelle polymère scellable en PLGA, un polymère biocompatible qui a déjà été approuvé pour une utilisation dans des dispositifs médicaux tels que des implants, sutures, et appareils prothétiques. Le PLGA peut également être conçu pour se dégrader à des vitesses différentes, permettant la fabrication de plusieurs particules qui libèrent leur contenu à des moments différents.

Les techniques d'impression 3D conventionnelles se sont avérées inadaptées au matériau et à la taille souhaités par les chercheurs, ils ont donc dû inventer une nouvelle façon de fabriquer les tasses, s'inspirant de la fabrication de puces informatiques.

En utilisant la photolithographie, ils ont créé des moules en silicone pour les tasses et les couvercles. Grands tableaux d'environ 2, 000 moules sont mis en place sur une lame de verre, et ces moules sont utilisés pour façonner les gobelets PLGA (cubes avec des bords de quelques centaines de microns) et les couvercles. Une fois le réseau de coupelles en polymère formé, les chercheurs ont utilisé un système de distribution automatisé pour remplir chaque tasse d'un médicament ou d'un vaccin. Une fois les tasses remplies, les couvercles sont alignés et abaissés sur chaque tasse, et le système est légèrement chauffé jusqu'à ce que la tasse et le couvercle fusionnent, sceller le médicament à l'intérieur.

"Chaque couche est d'abord fabriquée seule, et puis ils sont assemblés, " dit Jaklenec. " Une partie de la nouveauté réside vraiment dans la façon dont nous alignons et scellons les couches. Ce faisant, nous avons développé une nouvelle méthode qui peut créer des structures que les méthodes d'impression 3D actuelles ne peuvent pas. Cette nouvelle méthode appelée SEAL (StampEd Assembly of polymer Layers) peut être utilisée avec n'importe quel matériau thermoplastique et permet la fabrication de microstructures avec des géométries complexes qui pourraient avoir de larges applications, y compris l'administration de médicaments pulsés injectables, capteurs de pH, et des dispositifs microfluidiques 3-D."

Livraison à long terme

Le poids moléculaire du polymère PLGA et la structure du « squelette » des molécules polymères déterminent à quelle vitesse les particules se dégraderont après l'injection. Le taux de dégradation détermine quand le médicament sera libéré. En injectant de nombreuses particules qui se dégradent à des vitesses différentes, les chercheurs peuvent générer une forte explosion de médicament ou de vaccin à des moments prédéterminés. « Dans le monde en développement, cela pourrait faire la différence entre ne pas se faire vacciner et recevoir tous vos vaccins en une seule fois, " dit McHugh.

Chez la souris, les chercheurs ont montré que les particules se libèrent en rafales brusques, sans fuite préalable, à 9h, 20, et 41 jours après l'injection. Ils ont ensuite testé des particules remplies d'ovalbumine, une protéine présente dans les blancs d'œufs qui est couramment utilisée pour stimuler expérimentalement une réponse immunitaire. En utilisant une combinaison de particules libérant de l'ovalbumine 9 et 41 jours après l'injection, ils ont découvert qu'une seule injection de ces particules était capable d'induire une forte réponse immunitaire comparable à celle provoquée par deux injections conventionnelles avec le double de la dose.

Les chercheurs ont également conçu des particules qui peuvent se dégrader et se libérer des centaines de jours après l'injection. Un défi pour développer des vaccins à long terme basés sur de telles particules, disent les chercheurs, s'assure que le médicament ou le vaccin encapsulé reste stable à la température du corps pendant une longue période avant d'être libéré. Ils testent maintenant ces particules de livraison avec une variété de médicaments, y compris les vaccins existants, comme le vaccin antipoliomyélitique inactivé, et de nouveaux vaccins encore en développement. Ils travaillent également sur des stratégies pour stabiliser les vaccins.

"La technique SEAL pourrait fournir une nouvelle plate-forme qui peut créer presque n'importe quel petit, objet remplissable avec presque n'importe quel matériau, qui pourrait offrir des opportunités sans précédent dans la fabrication en médecine et dans d'autres domaines, " dit Langer. Ces particules pourraient également être utiles pour délivrer des médicaments qui doivent être administrés régulièrement, comme les injections contre les allergies, pour minimiser le nombre d'injections.