Разработан метод иммунизации без иглы: вакцина наносится на кожу

Исследователи предложили метод иммунизации, при котором вакцина наносится прямо на кожу, а затем при помощи терапевтического ультразвука доставляется в глубь нее на специальных носителях. Это позволяет активировать клетки врожденного иммунитета, в большом количестве содержащиеся в коже. Такой подход безопасен, гигиеничен и может стать альтернативой классической вакцинации в будущем. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Materials Chemistry.

На сегодняшний день инъекция — это самый распространенный способ введения вакцины. Процесс всегда требует грамотно подготовленного персонала и сопровождается вероятностью занесения инфекции и травмирования сосудов. Полностью этих рисков избежать нельзя, поэтому ученые активно ищут оптимальную замену традиционному способу вакцинации. Альтернатива должна быть не только безопасной и безболезненной, но и обладать достаточной эффективностью, что напрямую зависит от способа введения препарата. Перспективным может стать введение вакцины через кожу человека, что обусловлено содержанием в коже большого количества клеток врожденного иммунитета, активация которых вызывает сильный адаптивный иммунный ответ.  В результате такое введение вакцин зачастую оказывается более эффективным, чем подкожные и даже внутримышечные инъекции.

В новом исследовании ученые из Саратовского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (Саратов) вместе с коллегами из НИИ гриппа имени А. А. Смородинцева (Санкт-Петербург) представили способ чрескожного введения вакцины по волосяным фолликулам. Для этого они поместили вакцину от гриппа в крошечный носитель-матрицу из карбоната кальция (CaCO3) и нанесли ее на кожу мышам. Выбор был сделан в пользу частиц карбоната кальция, поскольку это биологически безопасное соединение входит в состав костей и не отторгается организмом. К тому же такие контейнеры могут вместить в себя большое количество вакцины и  после выполнения своей функции рассасываются в организме без образования токсичных продуктов. Для доставки частиц в кожу использовали сонофорез — ультразвуковое воздействие, широко применяемое в физиотерапии. Ультразвук позволил матрице эффективнее пройти в более глубокие слои кожи и обойти препятствия в виде рогового слоя кожи и добраться до иммунокомпетентных клеток через волосяные фолликулы.

Чтобы проверить эффект от вакцинации, исследователи измерили в плазме крови концентрацию иммуноглобулинов G (IgG) — одного из классов антител, с помощью которых организм может уничтожать патогены, — у мышей, получавших обычную внутримышечную и новую чрескожную вакцину. Были изучены подклассы иммуноглобулинов G, которые запускают разные механизмы иммунного ответа.

Ученые обнаружили, что при обычном внутримышечном введении препарата у мышей преобладали IgG1 антитела, которые отвечают за гуморальный иммунитет (защита, собственно, за счет антител) и сохраняются, как правило, в течение нескольких месяцев. Наоборот, при чрескожной вакцинации у мышей было больше IgG2 антител, отвечающих за клеточный иммунитет (за счет работы специальных иммунных клеток) и способствующих более долгой защите. Более того, исследование показало, что введение вакцины в специальных матрицах-носителях обеспечивает в три раза большее количество антител IgG2, чем введение обычного раствора вакцины тем же самым чрескожным способом. По другим показателям эффективности новый метод также не уступал традиционной внутримышечной инъекции.

«Результаты свидетельствуют о перспективности разрабатываемого подхода в качестве альтернативы традиционной внутримышечной иммунизации. В будущем нам предстоит оценить, какие дозировки нужны для формирования желаемого иммунного ответа, а также проверить защитные свойства предлагаемой формы вакцины при заражении вирусом гриппа», — заключает руководитель проекта, поддержанного РНФ, Юлия Свенская, кандидат физико-математических наук и старший научный сотрудник лаборатории «Дистанционно управляемые системы для тераностики» Научного Медицинского Центра СГУ.

Предложенный подход открывает особые перспективы для разработки альтернативных методов вакцинации пациентов с пониженной реакцией иммунитета. Ученым еще предстоит выяснить, с какими типами вакцин можно работать с помощью этого метода. Совершенствование  предложенного подхода поможет снизить смертность от гриппа пожилых и людей, страдающих от иммунных заболеваний.

В работе принимали участие ученые из Саратовского Государственного Университета имени. Н. Г. Чернышевского (Саратов), Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Санкт-Петербург), Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и ФГБУ «НИИ им. А.А. Смородинцева» (Санкт-Петербург).

Рисунок 1. Суть нового подхода к чрескожной иммунизации. Источник: Svenskaya et al. / J. Mater. Chem. B, 2023

Вопросы, ответы, комментарии