3D Baskılı Mikro İğneler Aracılığıyla Transdermal Aşılama ile Güçlü Humoral ve Hücresel Bağışıklık

Aşılar küresel sağlık hizmetlerinde hayati bir rol oynamaktadır. Profilaktik aşılar çiçek ve kızamık gibi hastalıkları neredeyse ortadan kaldırmıştır, diğer birçok yaygın bulaşıcı hastalık epidemileri (Ebola) ve pandemilerini (COVID-19) engelleme potansiyeline sahiptir.

Aşılar patojenlere karşı güçlü ve dayanıklı koruyucu bağışıklık tepkileri oluşturmak ve gelecekteki enfeksiyonları önlemek için hedef antijenleri bağışıklık sistemine vermek üzere formüle edilir. Saflaştırılmış antijenlerden oluşan alt birim aşılar, canlı atenüe ve inaktif aşılardan çok daha iyi güvenlik profilleri nedeniyle modern profilaktik aşı geliştirmenin temel odak noktasıdır.

Bununla birlikte, alt birim aşılar, genel olarak immün sistemi uyarıcı bileşenlerin eksikliği ve/veya bağışıklık sistemi tarafından yetersiz algılaması nedeniyle patojen bazlı aşılar kadar immünojenik değildir. İmmün sistemi uyarıcı ajanların (adjuvanlar) ve özelleştirilmiş uygulama araçlarının (partiküller ve mikro iğneler gibi) eklenmesi, alt birim aşıların etkinliğini arttırmada büyük umut vaat etmiştir.

Etkili aşıların genellikle antijenleri ve adjuvanları dendritik hücreler (DH) ve makrofajlar gibi doğuştan gelen bağışıklık hücrelerine vermesi gerekir. Artan kanıtlar aşı kinetiği ve uygulama yerinin koruyucu bağışıklığı arttırmada önemli bir rol oynadığını öne sürmektedir.

Enjeksiyon bölgesinde bir antijen deposu oluşumu ve enjeksiyon yerinden sürekli salınması yanı sıra nano parçacık yoluyla drene olan lenf düğümlerinde antijeninin artırılmasının humoral bağışıklığı büyük ölçüde artırdığı daha önce gösterilmiştir. Aşı uygulama yolu aşı formülasyonunun performansını etkileme potansiyeline sahiptir. Aşılar tipik olarak kas veya deri altına bolus enjeksiyon olarak uygulanırken, insan derisinin bağışıklık hücreleri (Langerhans ve dermal DH) açısından zengin olması nedeniyle intradermal (ID) uygulamaya ilgi artmıştır. ID aşılama doz tasarrufu ile birlikte aşı etkinliğinde artış göstermiştir; ancak ID enjeksiyonları eğitimli tıbbi personel gerektirir, ağrılıdır ve uygulanması zordur.

Mikro iğneler (Mİ), stratum korneumu ağrısız bir şekilde delebilen ve terapötikleri epidermise/dermise ileten mikrometre boyutunda katı iğne dizileridir. Katı metal, silikon veya polimerlerden üretilir ve terapötiklerle kaplanır veya terapötikleri içine alan çözünebilir malzemelerden üretilir. Deriye uygulandıktan sonra, mikro iğneler çözünür ya da taşıyıcı madde çözünerek maddeyi deriye bırakır.

Son yıllarda Mİ yoluyla deriye aşıyı uygulayan parenteral aşı yöntemi aktif olarak araştırılmıştır. Mİ aşılaması basittir, kendi kendine uygulamaya uygundur ve eğitimli tıbbi personel ve deri altı iğneleri ihtiyacını ortadan kaldırır. Mİ aşıları, kuru form hazırlanıp saklanır; soğuk tedarik zincirini azaltma ya da ortadan kaldırma potansiyeli vardır.

Eklemeli üretim (üç boyutlu [3D] baskı) son zamanlarda bir mikro iğne üretim teknolojisi olarak ortaya çıkmıştır; bununla birlikte, çözünürlük sorunu nedeniyle literatürde Mİ yamalarının doğrudan 3D baskısı ve in vivo transdermal uygulama için literatürde çok az örnek vardır.

Bu çalışmada sürekli likit arayüz üretimi (CLIP) tabanlı 3D baskı ile yüzey alanını dolayısıyla aşı miktarını artırmak için tasarlanmış fasetalı mikro iğne üretimi sunulmaktadır. Kare piramidal mikro iğne tasarımı ile karşılaştırıldığında bu tasarım model aşı bileşenlerinin (ovalbümin ve CpG) yüzeyi kaplamasını artırmıştır. Floresan etiket ve in vivo görüntüleme sistemini (IVIS) kullanarak, farelerde deri altı bolus enjeksiyonu ve mikro iğne transdermal uygulamade ğerlendirilmiştir. Çözünebilir bileşenlerin deri altı enjeksiyonu ile karşılaştırıldığında, mikro iğne transdermal aşısı, daha yüksek toplam IgG (İmmünoglobulin G) ve daha dengeli bir IgG1/IgG2a repertuarı ile güçlü bir humoral bağışıklık tepkisine yol açmış ve doz tasarrufu sağlamıştır. Ayrıca, fonksiyonel sitotoksik CD8+ T hücreleri ve Th1 (T yardımcı tip 1)-sitokinleri salgılayan CD4+ T hücreleri ile karakterize edilen T hücresi tepkilerini ortaya çıkarmıştır. Mİ aşısı ile indüklenen IgG yanıtı 49. günde zirve yaparak zamanla azalıp 147. günden sonra sabit kalmıştır. 196. günde hala yanıt alınırken subkutan uygulamada yanıt 119. günde en düşük düzeye inmiştir.

Mİ bazlı transdermal/ID aşı uygulaması, invaziv olmaması, daha az doku hasarı, kendi kendine uygulanabilirlik, soğuk zincire bağımlılığın azaltması gibi geleneksel aşılara göre birçok yarar sağlar. Bu nedenle, Mİ aşılarının formülasyonu, yalnızca düzenli aşılama ihtiyaçlarını karşılamak için değil, aynı zamanda epidemi ve COVID-19 gibi pandemilere daha hızlı yanıt vermek için küresel bağışıklama yeteneklerini arttırma konusunda olağanüstü bir potansiyele sahiptir.