Des patchs de vaccin thermostables imprimés en 3D

Des vaccins imprimés en 3D ? Des chercheurs du MIT ont mis au point une imprimante 3D portable capable d’imprimer des patchs de vaccins prêts à l’emploi et  thermostables, c’est-à-dire qui peuvent être stockés des mois à température ambiante. À terme, la machine pourrait être en mesure d’imprimer des centaines de vaccins par jour.

Ce n’est pas la première fois qu’un vaccin est imprimé en 3D, et avec cette même structure en patch abritant des micro-aiguilles. La nouveauté, ici, réside notamment dans le fait qu’il soit possible de stocker les vaccins à température ambiante. Ce dernier point répond à une problématique majeure pour ce qui est du transport et de la conservation des vaccins. Une grande partie des vaccins traditionnels, y compris les vaccins à ARN, doit en effet être stockée à basse température, ce qui complique leur acheminement et leur stockage dans des zones difficiles d’accès, désertiques, de guerre, etc.

À l’origine du projet, l’objectif de répondre à la problématique des épidémies de type Ebola en acheminant des imprimantes dans la région concernée afin de vacciner rapidement la population, sur le principe de production à la demande.

Avec l’apparition de la pandémie de Covid-19 et la problématique de l’accès des populations à la vaccination et de la stabilité des vaccins, l’équipe a réorienté le projet afin de produire des vaccins à ARN messager (ARNm) contre la maladie. L’acide ribonucléique messager (ARNm) est une molécule présente dans l’ensemble des cellules du corps. Au sein de chacune, l’information codée dans l’ARNm est lue et convertie en protéine. Pour ce qui est des vaccins contre la Covid-19, l’ARNm est converti en protéine S (Spike), également présente sur l’enveloppe du virus responsable de la Covid-19, ce qui permet de déclencher une réponse immunitaire en cas d’infection par la maladie.

Ainsi, dans l’étude publiée dans Nature Biotechnology, les chercheurs du MIT montrent que l’imprimante est capable de produire des vaccins à ARNm contre le Covid-19 qui soient thermostables. Ces vaccins, administrés avec la même posologie que les vaccins administrés par injection, déclenchent chez les souris une réponse immunitaire comparable.

Comment sont fabriqués ces vaccins imprimés en 3D ?

Chaque patch, de la taille de l’ongle d’un pouce, est constitué de centaines de micro-aiguilles remplies de vaccin. Pour les fabriquer, le bras robotique de l’imprimante injecte une encre dans les moules des micro-aiguilles. Une chambre à vide située sous chaque moule aspire l’encre vers le fond afin de garantir qu’elle soit bien présente jusqu’à l’extrémité des micro-aiguilles.

L’imprimante imrpime des patchs contenant des centaines de micro-aiguilles remplies de vaccin (crédits photo : MIT)

Pour administrer le vaccin, pas besoin d’être un professionnel de santé, il suffit de l’appliquer sur la peau : l’extrémité  des aiguilles se dissoudra, pour se diffuser progressivement dans le corps.

L’encre utilisée pour imprimer les micro-aiguilles contenant le vaccin est composée de molécules de vaccin à ARNm entourées de nanoparticules lipidiques. Ce sont elles qui permettent aux molécules de vaccin de rester stables dans le temps, en conjonction avec les polymères également incorporés dans l’encre. Les chercheurs ont identifié la meilleure formule en matière de rigidité et de stabilité : mi-polyvinylpyrrolidone mi-alcool polyvinylique, ces deux polymères étant régulièrement utilisés pour fabriquer des micro-aiguilles.

Afin de vérifier la stabilité des vaccins à long terme, les chercheurs ont mis au point une encre contenant de l’ARN qui encode du luciférase, une protéine luminescente. Ils ont ensuite conservé les patchs qui contenaient cette encre soit à 4°C, soit à 25°C pendant une durée pouvant aller jusqu’à 6 mois, et ont stocké une partie des particules à 37°C durant 1 mois, avant de les administrer aux souris. Les résultats se sont révélés fructueux : les patchs concernés ont bien conservé leur luminosité une fois appliqués aux souris, contrairement aux vaccins traditionnels administrés par injection intramusculaire ayant également été stockés longtemps à température ambiante. Les patchs de vaccin conservés à température ambiante pour une durée allant jusqu’à 3 mois ont généré la même réponse immunitaire que les autres.

Exemple de moule (crédits photo : MIT)

Actuellement, la capacité de production de l’imprimante réalisée par les chercheurs du MIT est de 100 patchs en 48 heures. Toutefois, ceux-ci espèrent porter ce chiffre à 100 patchs par jour en améliorant la machine.

Pour plus d’informations sur cette étude, consultez le communiqué du MIT ainsi que la totalité de l’étude.

Un procédé adaptable à tout type de vaccin

Les chercheurs impliqués dans l’étude prévoient de produire d’autres types de vaccins en adaptant le procédé utilisé pour les vaccins à ARNm. Les vaccins constitués de protéines ou de virus inertes seront également concernés. “La composition de l’encre a constitué un élément essentiel dans la stabilisation des vaccins à ARNm mais l’encre peut contenir différents types de vaccins ou même de médicaments. Ce système de micro-aiguilles permet donc de grandes flexibilité et modularité d’administration”, indique Ana Jaklenec, chercheuse au sein de l’Institut Koch pour la recherche contre le cancer du MIT, l’une des autrices senior de l’étude.

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Crédits photo : Ryan Allen from Second Bay Studios