《科学》子刊：科学家发明3D打印无创疫苗接种神器

2017-03-15 06:00 · 李华芸

来自加州大学伯克利分校（University of California,科学刊科 Berkeley）的Dorian Liepmann教授团队正在尝试解决疫苗的无创接种问题。因为他们认为，发明非侵入性的印无疫苗接种方法不仅可以减轻被接种人的恐惧和痛苦，还可以在流行疾病大爆发的创疫时候，实现低成本、苗接便捷的种神免疫接种，毕竟非侵入性的科学刊科接种方法可以不需要医生。

说起注射，发明世界上大概有两类人会毛骨悚然，印无一类是创疫糖尿病患者，一类是苗接要接种疫苗的儿童。对于第一类患者，种神现在已经有很多公司在想招儿减轻患者的科学刊科痛苦了，例如Intarcia Therapeutics。发明小朋友的印无接种问题还没有特别好的无创解决方案。

来自加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的Dorian Liepmann教授团队正在尝试解决疫苗的无创接种问题。因为他们认为，非侵入性的疫苗接种方法不仅可以减轻被接种人的恐惧和痛苦，还可以在流行疾病大爆发的时候，实现低成本、便捷的免疫接种，毕竟非侵入性的接种方法可以不需要医生。

Dorian Liepmann教授（头发灰白者）团队

于是在Liepmann实验室博士后Kiana Aran的带领下，Liepmann的团队利用3D打印技术发明了一个无创的疫苗接种神器MucoJet，由于Aran和她同事的这项研究有可能改变疫苗的接种方式，她们的这项发明刊登在著名期刊《科学转化医学》上(1)。

无创疫苗接种神器MucoJet和注射针头比较

当天，《科学》杂志给Liepmann团队的这一研究做了专题报道，《科学》杂志认为，这项技术可能有助于阻止通过嘴、鼻子或生殖器进入身体的病原体的感染，例如HIV、人乳头瘤病毒、流感病毒和淋球菌（2）。

MucoJet是一个15×7毫米的圆柱体，由内外两个胶囊组成，在外部胶囊里储存了约5滴水。 内部胶囊实际上是由两个独立的小室组成，靠近喷头（小孔直径为200微米）的小室里装的是疫苗，上面一个小室里含有粉状柠檬酸和碳酸氢钠，当接种的时候，我们用手挤压外面的胶囊，水就进到上面的小室了，这个时候，我们高中学的那个化学反应就发生了，对，产生了二氧化碳。

MucoJet的结构和工作原理

一分钟之后，气体在上面的消胶囊内形成强大的压力，冲破隔膜，推动活塞，瞬间将疫苗推出。疫苗贯穿口腔内膜，进入脸颊组织，激活相应的免疫细胞。「由于压力非常集中，喷口的直径非常小，所以疫苗就顺利地穿透口腔粘膜层，」Aran说。

MucoJet在口腔起做用的机制

那么这个接种系统威力究竟如何呢？Aran团队决定用猪的粘膜层和脸颊组织试一试。于是他们在MucoJet的疫苗室里装上了卵清蛋白（一种免疫刺激蛋白），对照组用滴管滴卵清蛋白到同样的组织上（模拟口服疫苗）。三个小时之后，研究人员检测相应组织中卵清蛋白的含量，惊喜的发现使用MucoJet的实验组织的卵清蛋白是对照组的8倍。

这就说明MucoJet确实能把疫苗送入脸颊的黏膜。然后，Aran团队做了一下调整，在一定程度上增加了推送的压力。她们发现，卵清蛋白的该药量是跟压力呈正相关的。

如此看来，MucoJet的威力确实不小，接下来就要看通过脸颊接种究竟能不能激发动物的免疫系统。Aran在兔子身上做了这个实验。用的还是卵清蛋白，他们发现在兔子口腔内，MucoJet的给药能力是滴管的7倍。最重要的是，用MucoJet接种卵清蛋白的兔子体内的关键免疫抗体浓度是滴管接种的数千倍。

研究人员没有比较MucoJet与注射接种对免疫系统激发的差异，但是她们表示，从之前的研究来看，MucoJet接种激发的免疫响应程度与注射不分伯仲。

伯明翰阿拉巴马大学的粘膜免疫学家Jiri Mestecky说，MucoJet「看起来很有吸引力」。然而，作为粘膜疫苗的主要支持者，他Mestecky也不确定它是否能在接种人体内起作用。在Mestecky看来，兔子和人的脸颊组织可能有较大差异，与兔子相比，人的脸颊组织里可以被疫苗激活的免疫细胞相对较少。「脸颊免疫在人体研究中并不十分有效，」Mestecky说。

此外，没有针头虽然是它的优势，但是由于每个人的脸颊对疫苗的吸收是不同的，不同疫苗的溶解度和渗透能力也是有差异的，与注射相比，剂量的控制可能挑战较大。

Aran表示，对于这些问题，她们可以通过调整溶剂、喷嘴直径和喷射的压力来调节。而且，Aran在论文中指出，口腔黏膜中存在大量的免疫细胞，例如，树突细胞、郎格罕细胞、T淋巴细胞和粘膜相关淋巴组织，因此口腔是非常理想的免疫接种组织。至于物种之间的差异，她们打算下一步在猴子或其他更接近人类的动物中进行实验。

MucoJet口腔接种操作方法

《科学》杂志在采访Aran时，认为这个小小的喷射器在操作时，恐怕没那么方便。对于这个问题，Aran也有自己的考虑，她们打算把这个改进成「棒棒糖」形状的，这样一来接种的时候就可以用这个「棒棒糖」直接顶在脸颊上，轻而易举的完成接种。当然，如果喷头上真的有糖的话，小孩子应该更乐意于接种。

Aran表示，MucoJet的发展的下一步是在大型动物体内开展真正的疫苗实验。 他们希望MucoJet可以在五到十年内投入临床使用。

参考资料：

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

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

(责任编辑：娱乐)