Hitzebeständige Impfstoffpflaster aus dem 3D-Drucker
Forscher des MIT haben einen tragbaren 3D-Drucker entwickelt, der gebrauchsfertige Impfstoffpflaster drucken kann, die thermostabil sind und demnach monatelang bei Raumtemperatur aufbewahrt werden können. Die Maschine könnte dementsprechend in der Lage sein, täglich Hunderte von Impfstoffen zu drucken.
Es ist nicht das erste Mal, dass ein Impfstoff sogar mit derselben patchähnlichen Struktur und integrierten Mikronadeln, in 3D gedruckt wird. Der Unterschied in dieser neuen Entwicklung besteht nun darin, dass die Impfstoffe bei Raumtemperatur gelagert werden können. Dies ist tatsächlich eine Lösung für ein großes Problem beim Transport und bei der Lagerung von Impfstoffen. Ein Großteil der herkömmlichen Impfstoffe, einschließlich der RNA-Impfstoffe, muss zwingend bei niedrigen Temperaturen gelagert werden, was den Transport und die Lagerung in schwer zugänglichen Gebieten, Wüsten oder Kriegsregionen erschwert.
Der Ausgangspunkt des Projekts bestand darin, auf die Problematik von Ebola-Epidemien zu reagieren, indem 3D-Drucker in die betroffene Region gebracht wurden, um die Bevölkerung nach dem Prinzip der „Produktion auf Abruf“ schnell impfen zu können.
Mit dem Ausbruch der Covid-19-Pandemie und der Problematik des Impfzugangs der Bevölkerung, hat das Team das Projekt neu ausgerichtet, um Boten-RNA (mRNA-Impfstoffe) gegen die Krankheit zu produzieren. Die Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) ist ein Molekül, das in allen Zellen des Körpers vorkommt. In jeder Zelle wird die in der mRNA kodierte Information gelesen und in ein Protein umgewandelt. Bei Impfstoffen gegen Covid-19 wird die mRNA in das S-Protein, Spike, umgewandelt, das sich ebenfalls auf der Hülle des Covid-19-Virus befindet und bei einer Infektion mit der Krankheit eine Immunreaktion auslöst.
Die Forscher des MIT zeigen in der Fachzeitschrift Nature Biotechnology veröffentlichten Studie, dass es durch die additive Fertigung möglich ist, hitzestabile mRNA-Impfstoffe gegen Covid-19 herzustellen. Die Impfstoffe, die in der gleichen Dosierung wie Injektionsimpfungen verabreicht werden, lösen bei Mäusen eine vergleichbare Abwehrreaktion aus.
Wie werden die 3D-gedruckten Impfstoffe hergestellt?
Jedes Pflaster, ist etwa so groß wie ein Daumennagel und besteht aus Hunderten von mit Impfstoff gefüllten Mikronadeln. Um sie herzustellen, spritzt der Roboterarm des Druckers die Tinte in die Formen der Mikronadeln. Eine Vakuumkammer unter jeder Form saugt die Tinte anschließend nach unten, um sicherzustellen, dass sie das Endstück der Mikronadeln erreicht.
Der Drucker druckt Pflaster mit Hunderten von mit Impfstoff gefüllten Mikronadeln (Bildnachweis: MIT)
Die Tinte, mit der die Mikronadeln des Impfstoffs gedruckt werden, besteht aus mRNA-Impfstoffmolekülen, die von Lipid-Nanopartikeln umgeben sind. Dadurch bleiben die Impfstoffmoleküle in Verbindung mit den in die Tinte eingearbeiteten Polymeren über längere Zeit stabil. Die Forscher ermittelten eine optimale Formel für die Stabilität: zur Hälfte Polyvinylpyrrolidon und zur Hälfte Polyvinylalkohol, welche regelmäßig zur Herstellung von Mikronadeln verwendet werden.
Um die Langzeitstabilität der Impfstoffe zu testen, entwickelten die Forscher eine Tinte, die RNA enthält, die für Luziferase, ein lumineszentes Protein, kodiert. Anschließend lagerten sie die Pflaster bis zu sechs Monate lang bei 4°C und 25°C und hielten einige der Partikel einen Monat lang bei 37°C, bevor sie sie Mäusen verabreichten. Die Ergebnisse waren erfolgreich: Die Pflaster behielten ihre Leuchtkraft bei, wenn sie auf die Mäuse aufgetragen wurden, im Gegensatz zu herkömmlichen Impfstoffen, die per intramuskulärer Injektion verabreicht und lange bei Raumtemperatur gelagert wurden. Impfpflaster, die bis zu 3 Monate bei Raumtemperatur gelagert wurden, erzeugten die gleiche Immunantwort.
Beispiel einer Form (Bild: MIT)
Derzeit liegt die Produktionskapazität des von den MIT-Forschern hergestellten Druckers bei 100 Pflastern in 48 Stunden. Sie hoffen jedoch, diese Zahl auf 100 Pflaster pro Tag erhöhen zu können, indem sie die Effizienz der Maschine verbessern.
Ein Verfahren passend für jede Art von Impfstoff
Die an der Studie beteiligten Forscher planen auch andere Arten von Impfstoffen herzustellen, indem sie das für mRNA-Impfstoffe verwendete Verfahren anpassen. Auch Impfstoffe aus inerten Proteinen oder Viren sollen einbezogen werden. „Die Zusammensetzung der Tinte war ein Schlüsselelement bei der Stabilisierung von mRNA-Impfstoffen, doch die Tinte kann verschiedene Arten von Impfstoffen oder sogar Medikamente enthalten. Dieses Mikronadelsystem ermöglicht also eine große Flexibilität und Modularität bei der Verabreichung„, sagt Ana Jaklenec, Forscherin am Koch Institute for Cancer Research des MIT und eine der Hauptautoren der Studie. Weitere Informationen zu dieser Studie finden Sie in der MIT-Pressemitteilung und in der vollständigen Studie HIER.
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Titelbildnachweis: Ryan Allen von Second Bay Studios
