Los puntos cuánticos inyectan vacunas
y codifican de manera invisible el historial de vacunación en la piel
19 de diciembre de 2019
Matriz de microagujas
Una imagen de primer plano de la matriz de microagujas, que podría administrar puntos cuánticos en la piel. [KJ McHugh y col. Medicina traslacional de la ciencia (2019)]
Investigadores encabezados por un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han creado una plataforma de microagujas utilizando micropartículas fluorescentes llamadas puntos cuánticos (QD), que pueden administrar vacunas y al mismo tiempo codificar invisiblemente el historial de vacunación directamente en la piel. Los puntos cuánticos están compuestos de nanocristales, que emiten luz infrarroja cercana (NIR) que puede ser detectada por un teléfono inteligente especialmente equipado. Las pruebas que usaron la plataforma mostraron que los QD entregados a muestras de piel humana aún eran detectables después del foto-blanqueo que simulaba cinco años de exposición a la luz solar, y permanecieron detectables hasta nueve meses cuando se probaron en ratas.
Puntos cuánticos
Los investigadores encapsularon sus puntos cuánticos en microesferas hechas de PMMA, un material que mejora la biocompatibilidad. [KJ McHugh y col. Medicina traslacional de la ciencia (2019)]
Los experimentos en ratas vivas confirmaron que los parches de microagujas también podrían administrar con éxito una vacuna contra la poliomielitis en cantidades que generen niveles de anticuerpos terapéuticos. "Es posible que algún día este enfoque 'invisible' pueda crear nuevas posibilidades para el almacenamiento de datos, la biodetección y las aplicaciones de vacunas que podrían mejorar la forma en que se brinda atención médica, particularmente en el mundo en desarrollo", dijo el investigador principal Robert Langer, PhD, David H Profesor del Instituto Koch en el MIT. "Este estudio confirmó que la incorporación de la vacuna con el tinte en los parches de microagujas no afectó la eficacia de la vacuna o nuestra capacidad para detectar el tinte", agregó Ana Jaklenec, científica investigadora del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT. Langer y Jaklenec son coautores corresponsales del artículo publicado por el equipo enScience Translational Medicine , que se titula " Puntos cuánticos de infrarrojo cercano biocompatibles entregados a la piel mediante parches de microagujas que registran la vacunación ".
Las vacunas salvan un estimado de 2-3 millones de vidas cada año, pero otros 1.5 millones de muertes prevenibles por vacunación ocurren cada año debido a la subvacunación, principalmente en países en desarrollo, comentaron los autores. Un factor que hace que las campañas de vacunación en esas naciones sean más difíciles es que hay poca infraestructura para almacenar registros médicos, por lo que a menudo no hay una manera fácil de determinar quién necesita una vacuna en particular. El problema se agrava porque muchas vacunas, como la vacuna contra el sarampión, las paperas y la rubéola (MMR), requieren dosis múltiples espaciadas a ciertos intervalos. "Para estar protegido contra la mayoría de los patógenos, uno necesita múltiples vacunas", dijo Jaklenec. "En algunas áreas del mundo en desarrollo, puede ser muy difícil hacer esto.
Pero estos problemas no son exclusivos del mundo en desarrollo. Como escribieron los autores, "... los brotes de sarampión y paperas en los Estados Unidos, Australia e Italia han resaltado que el mal mantenimiento de los registros de inmunización no es exclusivo de los países en desarrollo". Sin registros de vacunación precisos, señalaron, los profesionales de la salud no tienen todos los datos que necesitan para tomar decisiones informadas sobre la administración de vacunas, y es posible que tengan que confiar en el recuerdo de los padres. "Esto puede resultar en la aplicación de dosis de vacunas innecesarias adicionales y, por lo tanto, en un costo indebido o, lo que es más problemático, en la pérdida de oportunidades para vacunar, lo que deja al niño en riesgo de contraer enfermedades infecciosas".
Hace varios años, el equipo del MIT se propuso diseñar un método para registrar la información de vacunación de una manera que no requiera una base de datos centralizada u otra infraestructura. Para crear un registro médico descentralizado "en el paciente", los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de punto cuántico a base de cobre, que emite luz en el espectro infrarrojo cercano. Los puntos tienen aproximadamente 4 nm de diámetro y están encapsulados en micropartículas biocompatibles que forman esferas de aproximadamente 20 µm de diámetro. Esta encapsulación permite que el tinte permanezca en su lugar, debajo de la piel, después de ser inyectado.
Los investigadores diseñaron su tinte para ser administrado por un parche de microagujas en lugar de usar una jeringa y aguja tradicionales. Estos parches ahora se están desarrollando para administrar vacunas contra el sarampión, la rubéola y otras enfermedades. “Al usar un factor de forma de microagujas, esta plataforma debería asimilarse fácilmente en el futuro paisaje de vacunación porque las microagujas se encuentran actualmente en desarrollo para varias vacunas y han mostrado ventajas tales como ahorro de dosis de antígeno, estabilidad mejorada del antígeno y facilidad de (auto) administración en comparación a las inyecciones solubles tradicionales ", comentaron los investigadores.
La detección de los micropuntos es posible utilizando teléfonos inteligentes especialmente adaptados que pueden detectar la fluorescencia del infrarrojo cercano. "Debido a que estos teléfonos ofrecen potencia de procesamiento a bordo, aplicaciones de cámara y módulos de cámara de bajo costo para el consumidor, elegimos adaptar un teléfono inteligente existente para permitir la captura de imágenes NIR en lugar de construir un sistema de imágenes completamente nuevo", escribieron. "Además, creemos que la familiaridad con la función de estos dispositivos disminuirá la curva de aprendizaje para las imágenes NIR en un entorno de campo".
Las microagujas usadas en el estudio reportado están hechas de una mezcla de azúcar soluble y un polímero llamado PVA, así como el tinte de puntos cuánticos y, si corresponde, la vacuna. Cuando el parche se aplica a la piel, las microagujas, que tienen 1,5 mm de largo, se disuelven parcialmente, liberando su carga útil en aproximadamente dos minutos.
Los puntos cuánticos después de ser administrados a la piel de los roedores. [KJ. McHugh y col. Medicina traslacional de la ciencia (2019)]
Al cargar selectivamente micropartículas en microagujas, los parches entregan un patrón en la piel que es invisible a simple vista, pero que se puede escanear con un teléfono inteligente que tiene el filtro infrarrojo eliminado. El parche se puede personalizar para imprimir diferentes patrones que corresponden al tipo de vacuna administrada. Las pruebas realizadas con piel de cadáver humano mostraron que los patrones de puntos cuánticos podían detectarse mediante cámaras de teléfonos inteligentes después de cinco años de exposición al sol simulada. Los investigadores también probaron la estrategia de vacunación en ratas, utilizando parches de microagujas que administraban los puntos cuánticos junto con una vacuna contra la polio. Descubrieron que esas ratas generaban una respuesta inmune similar a la respuesta de las ratas que recibieron una vacuna tradicional inyectada contra la poliomielitis. "... los anticuerpos neutralizantes logrados estaban muy por encima del umbral considerado protector por la U.
La plataforma podría proporcionar a los médicos una forma más confiable de mantener registros médicos precisos. "En áreas donde las tarjetas de vacunación en papel a menudo se pierden o no existen, y las bases de datos electrónicas son desconocidas, esta tecnología podría permitir la detección rápida y anónima del historial de vacunación del paciente para garantizar que todos los niños sean vacunados", dijo Kevin McHugh, un ex postdoc del MIT que ahora es profesor asistente de bioingeniería en la Universidad de Rice.
Los investigadores planean trabajar con trabajadores de la salud en países en desarrollo de África para obtener información sobre la mejor manera de implementar este tipo de mantenimiento de registros de vacunación. También están trabajando para expandir la cantidad de datos que se pueden codificar en un solo patrón, lo que les permite incluir información como la fecha de administración de la vacuna y el número de lote del lote de la vacuna.
Si bien los investigadores creen que los puntos cuánticos son seguros de usar de esta manera porque están encapsulados en un polímero biocompatible, se planean más estudios de seguridad antes de pasar a las pruebas en humanos. "Además del valor independiente de una plataforma de detección y codificación de información intradérmica, este sistema puede ofrecer mayores ventajas cuando se entrega conjuntamente con las vacunas", indicaron. "Al entregar ambos agentes en el mismo parche de microagujas, existe la posibilidad de obtener ventajas en los costos de producción y eliminar la posibilidad de mal uso (como aplicar el parche codificador sin la vacuna) ... En última instancia, creemos que esto es invisible" en el cuerpo "La tecnología abre nuevas vías para el almacenamiento descentralizado de datos y las aplicaciones de biosensores que podrían influir en la forma en que se brinda la atención médica, especialmente en el mundo en desarrollo".
TRADUCCIÓN AUTOMÁTICA
FUENTE :
Quantum Dots Deliver Vaccines and Invisibly Encode Vaccination History in Skin
Scientists believe microneedle-delivered fluorescent quantum dots could be used for data storage, biosensing, and vaccine delivery to improve medical care, particularly in developing nations
www.genengnews.com
