3Dプリンターで作られたワクチンパッチは、注射をしなくてもワクチンを接種することができます。

3Dプリンターで作られたワクチンパッチは、注射をしなくてもワクチンを接種することができます。健康
3Dプリンターでワクチンパッチを作成。©University of North Carolina at Chapel Hill

スタンフォード大学とノースカロライナ大学チャペルヒル校が、免疫力を高める針刺しを上回るマイクロニードルのワクチンパッチを開発

スタンフォード大学とノースカロライナ大学チャペルヒル校の科学者たちは、3Dプリントされたワクチンパッチを作成し、一般的なワクチン注射よりも高い保護効果を実現しました。

ワクチンパッチを皮膚に直接貼るのがコツで、皮膚にはワクチンが狙う免疫細胞がたくさんあります。

動物を使った研究では、このワクチンパッチによる免疫反応は、腕の筋肉に針で刺したワクチンの10倍以上であったと、PNAS(米国科学アカデミー紀要)に発表されています。

3Dプリンターで作られたマイクロニードルは、ポリマーパッチの上に並べられており、皮膚からワクチンを送達するのに十分な長さを持っています。

スタンフォード大学のトランスレーショナル・メディシンと化学工学の教授であり、ノースカロライナ大学チャペルヒル校の名誉教授でもあるJoseph M. DeSimone氏は、「この技術を開発することで、痛みや不安のない方法で、より低用量のワクチンを世界的に迅速に開発するための基盤を築くことができると期待しています。」と述べています。

ワクチンパッチの使いやすさと効果は、痛みがなく、針で打つよりも侵襲性1外的要因によって生体内の恒常性を乱す事象全般を指す用語が低く、自分で投与できる新しいワクチンの投与方法の方向性を示しています。

研究結果によると、ワクチンパッチは、皮下注射に比べて50倍以上のT細胞反応と抗原特異的抗体反応を引き起こしました。

この免疫反応の高まりは、針と注射器を使って投与するワクチンと同様の免疫反応を、マイクロニードル型ワクチンパッチではより少ない投与量で起こすことができるという、投与量の節約につながる可能性があります。

マイクロニードルパッチは何十年も前から研究されていますが、ノースカロライナ大学とスタンフォード大学の研究では、過去の課題を克服しています。

3Dプリントにより、マイクロニードルを簡単にカスタマイズして、インフルエンザ、麻疹、肝炎、コロナワクチンなどのさまざまなワクチンパッチを開発することができます。

ワクチンパッチの利点

コロナのパンデミックは、タイムリーにワクチンを接種することで、その効果が大きく変わることを思い知らされました。

しかし、ワクチンを接種するためには、通常、クリニックや病院に行く必要があります。

医療従事者は、冷蔵庫や冷凍庫からワクチンを取り出し、注射器に液状のワクチン製剤を充填して腕に注射します。

一見、簡単そうに見えますが、ワクチンの冷蔵保存や、注射をするための訓練を受けた専門家の必要性など、大量接種の妨げになる問題があります。

一方、ワクチンを塗布したマイクロニードルを皮膚に溶かすワクチンパッチは、特別な処理をしなくても世界のどこにでも輸送でき、人々が自分でパッチを貼ることができます。

さらに、ワクチンパッチの使い勝手の良さは、ワクチン接種率の向上にもつながると考えられています。

マイクロニードルができるまで

マイクロニードルをさまざまな種類のワクチンに適合させることは一般的に難しいと、研究代表者であるノースカロライナ大学医学部微生物学・免疫学教室の研究員、Shaomin Tian氏は述べています。

「これらの問題は、製造上の課題と相まって、ワクチン送達用マイクロニードルの分野では間違いなく足かせとなっています。」と彼女は述べています。

ほとんどのマイクロニードルワクチンは、マスターテンプレートを使って型を作ります。しかし、マイクロニードルの成形は汎用性が低く、複製時に針の鋭さが低下するなどの欠点があります。

Tian氏は、「今回のアプローチでは、マイクロニードルを直接3Dプリントすることができるので、性能とコストの観点から最適なマイクロニードルを作るための設計の自由度が大きくなります。」と述べています。

このマイクロニードルは、ノースカロライナ大学チャペルヒル校で、DeSimone氏が発明し、彼が共同設立したシリコンバレーの企業CARBON社が製造しているCLIPプロトタイプ3Dプリンタを使って製造されました。

微生物学者と化学エンジニアで構成されたチームは、ファイザー社やModerna社のコロナワクチンのようなRNAワクチンをマイクロニードルパッチに配合し、今後のテストに向けて革新を続けています。

「今回のパンデミックで学んだ最大の教訓の一つは、科学技術の革新が世界的な対応を左右するということです。ありがたいことに、バイオ技術者や医療従事者が、私たちのために限界を超えた努力をしてくれています。」と述べています。

Published by University of North Carolina at Chapel Hill. Cassie Caudill et al, Transdermal vaccination via 3D-printed microneedles induces potent humoral and cellular immunity, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2102595118
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