Vaccins à la demande - l'imprimante mobile de vaccins

Il n'est pas toujours facile de faire parvenir les vaccins aux personnes qui en ont besoin. De nombreux vaccins doivent être conservés au froid, ce qui rend difficile leur acheminement vers des régions éloignées qui ne disposent pas des infrastructures nécessaires. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont trouvé une solution possible à ce problème : une imprimante mobile de vaccins qui pourrait être mise à l'échelle pour produire des centaines de doses de vaccins en une journée.

Selon les chercheurs, ce type d'imprimante, qui peut tenir sur une table, pourrait être déployé partout où l'on a besoin de vaccins.

"Nous pourrions un jour produire des vaccins à la demande", déclare Ana Jaklenec, chercheuse à l'Institut Koch pour la recherche intégrée sur le cancer du MIT. "Si, par exemple, une épidémie d'Ebola se déclarait dans une région donnée, on pourrait y envoyer quelques-unes de ces imprimantes et vacciner les personnes qui s'y trouvent

L'imprimante produit des patchs avec des centaines de micro-aiguilles contenant le vaccin. Le patch peut être fixé sur la peau, ce qui permet au vaccin de se dissoudre sans qu'il soit nécessaire de procéder à une injection traditionnelle. Une fois imprimés, les patchs de vaccin peuvent être conservés pendant des mois à température ambiante.

Dans une étude récemment publiée dans Nature Biotechnology, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient utiliser l'imprimante pour produire des vaccins à ARN COVID-19 thermostables capables d'induire une réponse immunitaire comparable à celle générée par des vaccins à ARN injectés, chez la souris.

Jaklenec et Robert Langer, professeur à l'Institut David H. Koch du MIT et membre de l'Institut Koch, sont les auteurs principaux de l'étude. Les auteurs principaux de l'article sont Aurelien vander Straeten, ancien postdoc du MIT, Morteza Sarmadi '21, ancien étudiant diplômé du MIT, et John Daristotle, postdoc.

Impression de vaccins

"Au début du projet COVID-19, les préoccupations concernant la stabilité et l'accès aux vaccins nous ont incités à essayer d'incorporer des vaccins à ARN dans des patchs de micro-aiguilles" - John Daristotle

La plupart des vaccins, y compris les vaccins à ARNm, doivent être réfrigérés pendant leur stockage, ce qui rend difficile de les stocker ou de les envoyer dans des endroits où ces températures ne peuvent pas être maintenues. En outre, ils nécessitent des seringues, des aiguilles et des professionnels de la santé qualifiés pour les administrer.

Pour contourner cet obstacle, l'équipe du MIT a cherché un moyen de produire des vaccins à la demande. Leur motivation initiale, avant l'arrivée de COVID-19, était de construire un dispositif capable de produire et de déployer rapidement des vaccins lors de l'apparition de maladies telles que le virus Ebola. Un tel dispositif pourrait être expédié dans un village éloigné, un camp de réfugiés ou une base militaire afin de permettre la vaccination rapide d'un grand nombre de personnes.

Au lieu de produire des vaccins injectables traditionnels, les chercheurs ont décidé de travailler avec un nouveau type d'administration de vaccins basé sur des patchs de la taille de l'ongle du pouce, qui contiennent des centaines de micro-aiguilles. De tels vaccins sont actuellement en cours de développement pour de nombreuses maladies, dont la polio, la rougeole et la rubéole. Lorsque le patch est appliqué sur la peau, les pointes des aiguilles se dissolvent sous la peau et libèrent le vaccin.

"Au début du projet COVID-19, les inquiétudes concernant la stabilité et l'accès aux vaccins nous ont incités à essayer d'incorporer des vaccins à ARN dans les patchs à micro-aiguilles", explique M. Daristotle.

L'"encre" utilisée par les chercheurs pour imprimer les micro-aiguilles contenant le vaccin comprend des molécules de vaccin ARN encapsulées dans des nanoparticules lipidiques, ce qui leur permet de rester stables pendant de longues périodes.

L'encre contient également des polymères qui peuvent être facilement moulés dans la bonne forme et qui restent stables pendant des semaines ou des mois, même lorsqu'ils sont conservés à température ambiante ou plus élevée. Les chercheurs ont constaté qu'une combinaison 50/50 de polyvinylpyrrolidone et d'alcool polyvinylique, tous deux couramment utilisés pour former des micro-aiguilles, présentait la meilleure combinaison de rigidité et de stabilité.

À l'intérieur de l'imprimante, un bras robotisé injecte de l'encre dans les moules de micro-aiguilles, et une chambre à vide située sous le moule aspire l'encre jusqu'au fond, en veillant à ce que l'encre atteigne l'extrémité des aiguilles. Une fois les moules remplis, il faut un jour ou deux pour qu'ils sèchent. Le prototype actuel peut produire 100 patchs en 48 heures, mais les chercheurs pensent que les versions futures pourraient être conçues pour avoir une plus grande capacité.

Réponse des anticorps

Pour tester la stabilité à long terme des vaccins, les chercheurs ont d'abord créé une encre contenant de l'ARN qui code pour la luciférase, une protéine fluorescente. Ils ont appliqué les patchs de micro-aiguilles résultants sur des souris après les avoir conservés à 4°C ou à 25°C (température ambiante) pendant une période allant jusqu'à six mois. Ils ont également conservé un lot de particules à 37°C pendant un mois.

Dans toutes ces conditions de stockage, les patchs ont induit une forte réponse fluorescente lorsqu'ils ont été appliqués aux souris. En revanche, la réponse fluorescente produite par une injection intramusculaire traditionnelle de l'ARN codant pour la protéine fluorescente a diminué avec des durées de stockage plus longues à température ambiante.

Les chercheurs ont ensuite testé leur vaccin à micro-aiguilles COVID-19. Ils ont vacciné des souris avec deux doses du vaccin, à quatre semaines d'intervalle, puis ont mesuré leur réponse en anticorps au virus. Les souris vaccinées avec le patch à micro-aiguilles ont eu une réponse similaire à celle des souris vaccinées avec un vaccin traditionnel à ARN injecté.

Les chercheurs ont également observé la même forte réponse des anticorps lorsqu'ils ont vacciné des souris avec des patchs à micro-aiguilles qui avaient été conservés à température ambiante pendant une période pouvant aller jusqu'à trois mois.

"Ce travail est particulièrement intéressant car il permet de produire des vaccins à la demande", déclare Joseph DeSimone, professeur de médecine translationnelle et d'ingénierie chimique à l'université de Stanford, qui n'a pas participé à la recherche. "Avec la possibilité d'augmenter la fabrication de vaccins et d'améliorer la stabilité à des températures plus élevées, les imprimantes mobiles de vaccins peuvent faciliter l'accès généralisé aux vaccins à ARN

Bien que cette étude se soit concentrée sur les vaccins à ARN COVID-19, les chercheurs prévoient d'adapter le processus pour produire d'autres types de vaccins, y compris des vaccins fabriqués à partir de protéines ou de virus inactivés.

"La composition de l'encre était essentielle pour stabiliser les vaccins ARNm, mais l'encre peut contenir différents types de vaccins ou même de médicaments, ce qui permet une flexibilité et une modularité dans ce qui peut être délivré à l'aide de cette plateforme de micro-aiguilles", explique M. Jaklenec.