Bu yöntem, kuduz antijeninin, önceden belirlenmiş bir gecikmeden sonra pulsatil salınımı sağlayan yapısal ve malzeme özelliklerine sahip biyolojik olarak parçalanabilir polimerik mikropartiküllere kapsüllenmesini açıklar. Partikül çekirdeğinden alınan antijenin enzime bağlı immünosorbent testi (ELISA) değerlendirmesi, partikül üretimi yoluyla bozulmamış trimerik kuduz virüsü glikoproteininin varlığını doğrulamaktadır.
Maruziyet sonrası kuduz profilaksisi için mevcut kılavuzlar, birkaç hafta boyunca uygulanan çoklu enjeksiyonları gerektirir. Bu, kuduza ölümcül maruziyetlerin çoğunun meydana geldiği düşük ve orta gelirli ülkelerde (LMIC’ler) yaşayanlar için orantısız derecede külfetli olabilir. Antijenleri polimerik parçacıklara kapsülleyerek aşı rejimlerini tek bir enjeksiyona yoğunlaştırmak için farklı ilaç dağıtım stratejileri araştırılmıştır. Bununla birlikte, kapsülleme işlemi sırasında sert stresörler, kapsüllenmiş antijenin denatürasyonuna neden olabilir. Bu makalede, kuduz virüsü (RABV) antijenini, ayarlanabilir pulsatil salınım gösteren polimerik mikropartiküllere kapsüllemek için bir yöntem açıklanmaktadır. İlaçları Kapsüllemek için Düzgün Sıvılaştırılmış ve Mühürlenmiş Partiküller (PULSED) olarak adlandırılan bu yöntem, çok fotonlu, 3D baskılı bir ana kalıptan ters polidimetilsiloksan (PDMS) kalıpları oluşturmak için yumuşak litografi kullanarak mikropartiküller üretir. Poli (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) filmler daha sonra bir piezoelektrik dağıtım robotu kullanılarak konsantre RABV ile doldurulmuş açık yüzlü silindirler üretmek için PDMS kalıplarına sıkıştırılarak kalıplanır. Bu mikroyapılar daha sonra parçacıkların üst kısmı ısıtılarak kapatılır ve malzemenin akmasına ve sürekli, gözeneksiz bir polimerik bariyer oluşturmasına izin verilir. Post-fabrikasyon, bozulmamış trimerik kuduz virüsü glikoproteininin tespitine özgü enzime bağlı bir immünosorbent testi (ELISA), immünojenik antijenin mikropartiküllerden yüksek geri kazanımını doğrulamak için kullanılır.
Aşılama, 2000 ve 2019 yılları arasında 37 milyondan fazla ölümü önleyen son derece etkili bir sağlık aracıdır1. Bu etkinliğe rağmen, aşıyla önlenebilir hastalıklar, özellikle yüksek aşılama oranlarının yılda 1,5 milyon aşı ile önlenebilir ölüme katkıda bulunduğu düşük ve orta gelirli ülkelerde (LMIC’ler) küresel sağlık için önemli bir risk oluşturmaya devam etmektedir2. Kuduz bu eşitsizliklerin bir istisnası değildir. İnsanlığın bildiği en ölümcül hastalık olmasına rağmen, neredeyse evrensel olarak ölümcül olmasına rağmen, kuduz tamamen tedavi edilebilir ve birçok yüksek gelirli ülkede yok edilmiş olarak sınıflandırılır. Bunun yerine, kuduz yükü, hastalığın insanlar ve hayvancılık üzerinde yıkıcı sonuçlara yol açtığı Asya ve Afrika’nın bazı bölgelerinde yaşayan insanlar tarafından orantısız bir şekilde karşılanmaktadır 3,4.
Aşılama, kuduzun küresel etkisini yönetmek için kritik öneme sahiptir5. Aşılama maliyeti, hastalığın genel olarak düşük insidansı göz önüne alındığında, maruziyet öncesi profilaksinin (PrEP) yaygın olarak uygulanmasını yasaklamaktadır. Ayrıca, LMIC’lerde, maruziyet sonrası profilaksinin (PEP) yararı, sağlık hizmeti arayan hastalar üzerindeki sosyoekonomik baskılarla sınırlıdır. Sağlık hizmetlerine erişim noktalarına seyahat mesafesi, tedavi alırken ücret kaybı, tedavi maliyeti, günlük aktivitelere müdahale eden randevular ve unutkanlık gibi lojistik faktörler, PEP uyum oranlarının %60’a kadar düşmesine neden olmaktadır6,7. Bu yüksek hasta yıpranma oranı, hastalıkla mücadele etmek için kuduz aşılamasındaki boşlukları gidermek için yaklaşımları rafine etmek için bir fırsat sunmaktadır.
Antijenlerin salınımını kontrol eden tek enjeksiyonlu (SI) aşılama sistemleri, tek enjeksiyonda tam bağışıklama elde etmenin yolları olarak araştırılmıştır. Bir sağlık hizmeti sağlayıcısına birden fazla ziyaret ihtiyacını ortadan kaldırmak, bireylerin yeterli bakım aramasını engelleyen yükleri hafifletir. SI aşılamasını başarmak için, bir antijen tipik olarak genellikle enjekte edilebilir mikropartiküller şeklini alan biyolojik olarak parçalanabilir bir polimerik matris içinde kapsüllenir. Enjekte edildikten sonra, polimer ayrışır ve tutulan antijeni serbest bırakır. Bugüne kadar, SI aşılamasını başarmak için iki birincil salım stratejisi izlenmiştir. Bir yaklaşımda, antijen uzun bir süre boyunca sürekli olarak salınır. Tek bir enjeksiyonun immünojenisitesini arttırmayı amaçlamasına rağmen, bu yaklaşımın insanlarda kuduz virüsüne (RABV) karşı koruyucu bir bağışıklık tepkisi ortaya çıkarmak için yeterli olup olmadığı açık değildir8. Diğerinde, antijen, geleneksel ve kanıtlanmış bir prime-boost aşı rejimini taklit etmek için önceden belirlenmiş bir gecikmeden sonra serbest bırakılır. Sprey kurutma ve emülsiyon/solvent buharlaştırma bazlı mikropartikül üretim yöntemleri eski stratejiyi sergilemektedir ve hem model aşıları9’u hem de tetanoz toksoid10 gibi oldukça kararlı antijenleri başarılı bir şekilde kapsüllemek için kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu kapsülleme yöntemleri, antijenleri denatüre edebilen ısı, çözücü etkileşimi ve fiziksel kuvvetler dahil olmak üzere stresörleri içerir11.
İlaçları Kapsüllemek için Düzgün Sıvılaştırılmış ve Mühürlenmiş Partiküller (PULSED), biyolojik olarak parçalanabilen mikropartiküllerde biyolojiklerin kapsüllenmesi için kullanılabilecek yeni geliştirilmiş bir üretim yöntemidir. Mikro kalıplama, polimerin yeniden akmasını ve merkezi kargo deposunu biyolojik olarak parçalanabilir polimerin bitişik bir tabakası içinde tamamen kapsüllemesini sağlamak için sıvı bir yük ile doldurulmuş ve ısıtılmış parçacıklar üretmek için kullanılır. Bu mikroyapı, polimerik kabuk12’nin bozunma hızına bağlı bir süre sonra yükün pulsatil salınımına neden olur. Bu makale, inaktive edilmiş RABV’nin, enzime bağlı bir immünosorbent testi (ELISA) tarafından değerlendirilen stabil RABV antijenini kapsüllemek için PULSED imalat yöntemini kullanarak, FDA onaylı birçok formülasyonda kullanılan biyolojik olarak parçalanabilen bir polimer olan poli (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) ‘dan oluşan mikropartiküller içinde kapsüllenmesini göstermektedir13. PLGA partiküllerini farklı moleküler ağırlık ve / veya son gruplarla birleştirerek, bu yaklaşım tek bir enjeksiyondan sonra mevcut kuduz aşılama süresi seyrini taklit etme potansiyeline sahiptir.
Parçacık geometrisini belirli ihtiyaçlar için değiştirmek mümkündür; Bununla birlikte, silindirik yapılar için, yazarlar protokolde açıklanan yükseklik: çap: duvar kalınlığının 5: 4: 1 oranının korunmasını önermektedir. Bu en boy oranı, parçacıkları sızdırmaz hale getirmek için yeterli PLGA malzemesinin mevcut olmasını ve taşıma için mekanik olarak yeterince sağlam kalmasını sağlar. Parçacık boyutları ve şekilleri CAD işlemi sırasında kolayca değiştirilebilir, böylece sayısız geometri üretilebilir. CAD’in esnekliğini 3D baskı ile birleştirmek, mikroparçacık tasarımlarının hızlı bir şekilde yinelenmesini sağlar. Bu protokol çok fotonlu bir 3D yazıcı kullanmasına rağmen, mikroyapı boyutlarını uygun bir malzemede basabilen özelliklere sahip herhangi bir 3D yazıcı, ilk ana kalıbı oluşturmak için kullanılabilir. Ayrıca, fotolitografi daha önce dizilerdeki benzer yapıları bu protokolde üretilenlerden çok daha büyük yapmak için kullanılmıştır; Bununla birlikte, işçilik, ısmarlama fotomaskelerin sipariş edilmesinin gecikmesi ve ekipman erişilebilirliği, yinelemeli tasarım sürecini yavaşlatacaktır16. Son olarak, ana kalıp üretimi, şirket içi ana kalıp imalatı mümkün değilse, hizmet bedeli olan şirketlere dış kaynak olarak sağlanabilir. Ana kalıpları oluşturmak için kullanılan 3D yazıcı veya yöntemden bağımsız olarak, baskının alt tabakaya yapışması, aşağı akış adımları için kritik öneme sahiptir. Özellikle, PDMS kalıp üretimi sırasında yapışma yetersizse, basılı parçacıklar PDMS kalıbında kalacak ve basılı parçacıkların manuel olarak çıkarılmasını ve ana kalıbın imha edilmesini gerektirecektir.
Partikül dolgusu, dikkate alınması gereken bir başka kritik husustur. Mikropartiküller sınırlı dolum kapasitelerine sahiptir, bu nedenle filtrasyon sadece RABV antijenini konsantre etmek için değil, aynı zamanda mikropartikül çekirdek hacminin büyük bir bölümünü kaplayacak stok eksipiyanları uzaklaştırmak için de kullanılır. Bununla birlikte, RABV antijeninin büyüklüğü göz önüne alındığında (yaklaşık 60 nm x 180 nm)17, santrifüjleme adımları sırasında antijeni kısmen dışarı atmak mümkündür. Bu nedenle, RABV antijeninin yüksek bir geri kazanımını sağlamak için santrifüjlemeden sonra pipetleme veya vorteks yoluyla antijeni yeniden askıya almak önemlidir. Yüksek konsantrasyonlu bir çözelti dağıtım için idealdir, çünkü dağıtım döngülerini azaltır ve böylece dolum sırasında antijen bozulmasını sınırlar. Bununla birlikte, viskozite, kararlı bir düşüş oluşturan piezoelektrik dağıtım robotlarının önemli bir sınırlamasıdır, bu nedenle çok yüksek konsantrasyonlu bir çözeltinin dağıtılması mümkün olmayabilir veya tavsiye edilmeyebilir. Dolum çözeltisinin seyreltilmesi, kararlı bir damla oluşumu elde etmenin en kolay yoludur, ancak istenen yüklemeyi elde etmek için gereken ek dolum döngüleri boyunca antijen stabilitesi ve partikülleri doldurmak için gereken daha uzun süre dikkate alınmalıdır.
Sınırlama
Bu yöntem, ilk kalıpları üretmek için son derece özel ekipman ve mikropartikül üretimi için özel bir doldurma cihazı gerektirir. İlk ana kalıpları üretebilen bir baskı çözünürlüğüne sahip bir 3D yazıcıya duyulan ihtiyaç, hizmet ücreti yaklaşımı ile tersine çevrilebilse de, bir piezoelektrik dağıtım robotuna erişilebilirlik sınırlayıcıdır. Piezoelektrik dağıtım robotunun satın alınması, markaya, verime ve yeteneklere bağlı olarak genellikle 80.000 ila 200.000 dolar aralığında önemli bir ilk ön yatırım gerektirir. Diğer bazı dolgu yöntemleri potansiyel alternatifler olmasına rağmen, bu yöntemler RABV antijeni12 kullanılarak doğrulanmamıştır.
Gelecekteki uygulamalar
Kapsüllenmiş RABV antijeninin önemli bir kısmı sızdırmazlık işlemi boyunca stabil kalmıştır. Teorik olarak, bu antijeni, maruziyet sonrası profilaksi tedavisinin uygulama zaman çizelgesini taklit eden farklı PLGA tiplerinden oluşan parçacıklara dahil ederek, tüm dozlar tek bir enjeksiyonda uygulanabilir. Ek dozların uygulanması için tekrar hastane ziyaretlerine duyulan ihtiyacın ortadan kaldırılması, hasta uyumunu artıracak ve daha iyi tedavi sonuçları sağlayacaktır. Ayrıca, oldukça karmaşık inaktive edilmiş kuduz virüsünün ELISA-reaktivitesini tutma yeteneğini gösterdikten sonra, alt birim aşıları da dahil olmak üzere diğer antijenlerin bu kapsülleme yöntemiyle uyumlu olması muhtemeldir. Diğer profilaktik antijenlerin PULSED mikropartikülleri ile kullanılması, eksik aşılanmış popülasyonların aşılama oranlarını artırarak LMIC’lerde milyonlarca hayat kurtarabilir. Bununla birlikte, bunu başarmak için, aşılar sadece kapsülleme yoluyla değil, aynı zamanda salınım yoluyla da stabil kalmalıdır, bu da yük vücut ısısı ve PLGA bozunma ürünleri nedeniyle yüksek sıcaklıklara ve potansiyel olarak asidik bir mikro ortama maruz kalacağından zorolabilir18. Gelecekteki çalışmalar, antijenin salınım yoluyla stabilize edici stratejilerini izleyecek ve bu da birçok bulaşıcı hastalığı önlemek için geniş çapta uygulanabilir tek enjeksiyonlu bir aşılama platformu potansiyelini ortaya çıkaracaktır.
The authors have nothing to disclose.
Chiron Behring ve Bharat Biotech International’a İnsanlık için Parçacıklara RABV antijeni sağladıkları için teşekkür ederiz. Ayrıca Charles Rupprecht, VMD, MS, PhD., paha biçilmez rehberliği ve teknik katkıları için teşekkür ederiz. Yazarlar, Dr. Rebecca Richards-Kortum’un SciFLEXARRAYER S3 pikoliter dağıtım aparatının kullanımına izin verdiği için cömertliğine ve Dr. Chelsey Smith’in cihazı kullanma talimatına teşekkür eder. Ayrıca, kuduz antijeninin mikroskopi görüntülerini oluşturduğu için Massachusetts Üniversitesi Chan Tıp Fakültesi’ni de kabul ediyoruz. Son olarak, Don Chickering ve Erin Euliano’ya belgeyi göndermeden önce inceledikleri için teşekkür ederiz. Bu çalışma Bill ve Melinda Gates Vakfı’ndan bir hibe (INV-004360) ile desteklenmiştir.
0.22 µm PES filter | Cole-Parmer+B4B2:B63 | 04396-26 | |
0.25 mm Shims | McMaster Carr | 98090A935 | |
0.75 inch Binder Clips | Staples | 480114 | |
10 mL Syringe | Becton, Dickinson and Company | 309604 | |
10 mL Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe | Fisherbrand | 13-678-11E | |
101.6 mm C-Clamp | Amazon | PT-SD-CP01A | Black handle will eventually fall off. Use pliers to adjust once this happens. |
19 G needle | EXCELINT | 26438 | |
25 mL Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe | Fisherbrand | 13-678-11 | |
3-(Trimethoxysilyl) Propyl Methacrylate | Millipore Sigma | M6514-25ML | |
5 mL Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe | Eppendorf | 22431081 | |
50 mL Centrifuge Tubes | Corning | 352098 | |
50 mL Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe | Fisherbrand | 13-678-11F | |
Acetone | Fisher | AC268310010 | |
Aluminum Block | McMaster Carr | 9057K175 | |
Aluminum Foil | VWR | 89079-069 | |
Amicon Ultra 0.5 mL Centrifugal Filters, 100 kDa | Millipore Sigma | C82301 | |
Anti-Rabies Virus Antibody, Serum Free Antibody, clone 1112-1, 100 | Fisherbrand | 13-678-11D | |
Anti-Rabies Virus Mouse Monoclonal Antibody, Clone D1-25, biotinylated | Fisherbrand | 14-388-100 | |
Carboxymethyl Cellulose | Tokyo Chemical Industries | C0045 | |
ClipTip 300, Filter, Racked | Fisherbrand | 13-678-11 | |
Costar 0.65 mL Low Binding Snap Cap Microcentrifuge Tube | Corning | 3206 | |
Costar 1.7 mL Low Binding Snap Cap Microcentrifuge Tube | Corning | 3207 | |
Describe | Nanoscribe | Software used to define the printing parameters for Nanoscribe 3D printer is step 1.2. Software provided with the printer. |
|
Desiccator | Fisher Scientific | 10529901 | Or equivalent |
Double-Sided Tape | Staples | 649280 | |
DPBS (10x), No Calcium, No Magnesium | Gibco | 14200075 | |
Ethanol | VWR | 89370-084 | |
F1-ClipTip Multichannel Pipettes, 30 to 300 µL | Fisherbrand | 13-678-11E | |
Fisherbrand SureOne Aerosol Barrier Pipette Tips, 0.1 – 10 µL | Fisherbrand | 13-678-11F | |
Fisherbrand SureOne Aerosol Barrier Pipette Tips, 100 – 1000 µL | Fisherbrand | 03-448-17 | |
Fisherbrand SureOne Aerosol Barrier Pipette Tips, 2 – 20 µL | Fisherbrand | FB14955202 | |
Fisherbrand SureOne Aerosol Barrier Pipette Tips, 20 – 200 µL | Fisherbrand | 13-374-10 | |
Fisherbrand Elite Pipette Kit | Fisherbrand | 05-408-137 | |
Fisherbrand Pipet Controller | Fisherbrand | FB14955202 | |
Glass Petri Dish, 90 mm | VWR | 470313-346 | |
Glass Slides | Globe Scientific | 1380-10 | |
Helicon Focus 8 | HeliconSoft | Software used to focus stack images | |
IP-Q Resin | Nanoscribe | Printer resin is compatable with the 10x lens and is used for printing large microstructures on the Nanoscribe Photonic Professional GT2 | |
Lascar EL-USB-TC-LCD Thermocouple | Amazon | 5053485896236 | Or equivalent |
Microscope Slide Box | Millipore Sigma | Z374385-1EA | Or equivalent |
Nanoscribe Photonic Professional GT2 with 10X Objective | Nanoscribe | ||
NanoWrite | Nanoscribe | Software used to interface with nanoscrive 3D printer. Software provided with printer. |
|
Nunc MaxiSorp Flat-Bottom 96-well Plate | Invitrogen | 44-2404-21 | |
OPD Substrate Tablets (o-Phenylenediamine Dihydrochloride) | Fisherbrand | 02-707-432 | |
Parafilm M Wrapping Film, 4 in. | Fisherbrand | 13-374-10 | |
PDC 60 with Type 3 Coating | Scienion | P-2020 | |
PDMS Particle Molds | Rice University | n/a | N/A- Particles are 400 μm in diameter with a wall thickness of 100 μm, and a height of 500 μm, resulting in an inner diameter of 200 μm. The arrays are 14 x 22 particles spaced 600 μm apart from each other. 4- and 5-point stars are used as fiducials, positioned 600 μm to the right and left of the top right and top left particles on the array. |
Petri Dish | Fisher Scientific | 08-757-100D | |
Pierce Stable Peroxide Substrate Buffer (10x) | Fisherbrand | 02-707-430 | |
Plastic Cups | Fisher Scientific | S04170 | |
PLGA Film, 502H | Sigma | 502H: 719897-1G | |
Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate | Millipore Sigma | 484431 | |
Rabies Antigen | Chiron Behring and Bharat Biotech International | Material was acquired by entering into a materials transfer agreement with the company. | |
Razor Blades | VWR | 55411-050 | |
Scalpel | VWR | 21899-530 and 76457-512 | |
SciFLEXARRAYER S3 with PCD 60 | Scienion | Or equivalent | |
Sealing Tape for 96-Well Plates | Thermo Scientific | 15036 | |
Silicon Wafer | University Wafer | 1025 | |
Spring Clamps | IRWIN | VGP58100 | |
Stainless Steel Block | McMaster Carr | 9083K12 | |
Streptavidin−Peroxidase Polymer, Ultrasensitive | Fisherbrand | 02-707-404 | |
Sylgard 184 | DOW | 2646340 | |
Teflon Sheet | McMaster Carr | 9266K12 | Used to make PLGA films. Must be cut into appropriately sized pieces. |
Teflon Sheet, 0.8 mm-thick | McMaster Carr | 9266K81 | |
Trichloro(1H, 1H, 2H, 2H-Perfluorooctyl) Silane | Sigma | 448931-10G | |
Tweezers | Pixnor | ESD-16 | |
UltraPure Distilled Water | Fisher Scientific | 10977015 | |
UV Oven, CL-1000S UV Crosslinker | UVP | 95-0174-01 | Or equivalent |
Vacuum Desiccator | Bel-Art | F420100000 | Note you will need two of these. One will be used exclusively to pre-treat samples with trichloro(1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) silane to prevent contamination. |
Vacuum Oven Capable of Reaching 120 °C | VWR | 97027-664 | Or equivalent |
Vacuum, CRVpro4 | Welch | 3041-01 | Or equivalent |
Wooden Tongue Depressors | Electron Microscopy Sciences | 72320 |