Durante la pandemia de COVID-19, las vacunas han reducido significativamente el número de infecciones. Y ahora un grupo de investigadores pretende revolucionar la forma de administrarlas.

El estudio, presentado en la reunión de primavera de la American Chemical Society, comenzó con la adquisición de un sistema de inyección por chorro de gas comprimido que un equipo de investigadores trató de adaptar para la administración de vacunas sin necesidad de agujas.

Pensaron que si los inyectores podían modificarse para disparar sólidos, estos dispositivos también podrían transportar cargas útiles encerradas en estructuras metal-orgánicas o MOF por sus siglas en inglés. Estos marcos son estructuras porosas y cristalinas que actúan como “jaulas” moleculares para encapsular diversos materiales, como ácidos nucleicos y proteínas.

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Combinando el inyector de chorro con los trabajos del laboratorio sobre MOF, los investigadores crearon el llamado “MOF-Jet”, que puede suministrar polvos a las células literalmente disparándolos con aire.

Un dispositivo similar que puede costar decenas de miles de dólares se utiliza actualmente en medicina veterinaria. Estos dispositivos también inyectan carga biológica en las células, sin embargo, la carga se adhiere a la superficie de una micropartícula metálica, normalmente oro o tungsteno. Pero una vez que penetra en la piel, las partículas metálicas permanecen allí y pueden acelerar la degradación del material biológico.

Introducir la carga dentro de un MOF sería una estrategia diferente.

“Comparado con el oro, es barato y protege los materiales biológicos, como los ácidos nucleicos”, explica a Metro Yalini Wijesundara, estudiante de posgrado de la Universidad de Texas en Dallas (EE UU).

Para introducir los materiales en las células, el equipo utilizó su propio “MOF-Jet” modificado, inspirado en una pistola de genes. Crearon “balas” para el dispositivo, cada una cargada con una dosis de marco funcionalizado de zeolítico-imidazolato ocho (ZIF-8), y un soplo de gas disparó la formulación en polvo dentro de las células, algo tan fácil como “apuntar y disparar”.

A continuación probaron su sistema y demostraron que el MOF-Jet administraba un gen encapsulado en ZIF-8 a células de cebolla y una proteína encapsulada en ZIF-8 a ratones. “La explosión del inyector es “como si te hubieran dado con una bala de Nerf”, mucho menos dolorosa que si te clavaran una aguja”, comentó Jeremiah Gassensmith, investigador principal del proyecto y profesor de química y bioquímica de la Universidad de Texas en Dallas.

“Podemos almacenar formulaciones de vacunas dentro del MOF-Jet como polvos a temperatura ambiente, lo que elimina la necesidad de las temperaturas extremadamente frías que requieren muchas vacunas líquidas”.

—  Yalini Wijesundara, estudiante de posgrado de la Universidad de Texas en Dallas, EE.UU.

Mientras realizaba pruebas con el MOF-Jet, Yalini Wijesundara pronto se dio cuenta de que la liberación de carga podía ajustarse simplemente cambiando el gas portador en el inyector. El ZIF-8 es sensible a los ambientes ácidos, y cuando el dióxido de carbono reacciona con el agua de las celdas, produce ácido carbónico, que, a su vez, ayuda a descomponer el MOF.

“Si lo inyectas con CO2, liberará su carga más rápidamente dentro de las células; si utilizas aire normal, tardará cuatro o cinco días”, añadió. “Esto significa que el mismo fármaco podría liberarse en diferentes escalas de tiempo sin cambiar su formulación”.

Metro habló con Jeremiah Gassensmith para saber más.

Ve el video sobre la nueva forma de administrar las vacunas:

Otras formas innovadoras de administrar vacunas

Electroporador

La administración de vacunas en el futuro podría basarse en objetos cotidianos como encendedores de parrillada y microagujas, gracias al ingenio de un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia y la Universidad de Emory. Los investigadores, dirigidos por la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular del Georgia Tech, desarrollaron y probaron un método innovador que simplifica enormemente la complejidad de la administración de vacunas mediante un electroporador manual.

Parches cutáneos disolubles

Los parches cutáneos disolubles también podrían convertirse en el futuro de la administración de vacunas. Son eficaces, seguros y prácticamente indoloros. Las microagujas disolubles producidas por el laboratorio Tinker de la Universidad Estatal de Boise en colaboración con el Laboratorio de Microfabricación de Idaho pueden administrar vacunas directamente a la dermis y a las células inmunitarias que allí residen.

Vacunas administradas por vía intranasal

En un estudio publicado en la revista Science a finales de 2022, investigadores de la Universidad de Yale desarrollaron una novedosa estrategia de vacunación contra el COVID-19 denominada “prime and spike” que aprovecha la inmunidad sistémica existente desencadenada por la vacunación por vía parenteral para reforzar la inmunidad en la mucosa respiratoria mediante vacunas nasales.

Entrevista

Jeremiah Gassensmith

profesor de química y bioquímica de la Universidad de Texas en Dallas, EE.UU.

P: ¿Cómo se le ocurrió la idea de este proyecto?

- Me aburría en casa durante la pandemia y quería hacer algo para distraerme.

P: ¿Por qué quiere cambiar la forma de administrar las vacunas?

- Las agujas son una fuente de residuos biomédicos y sólo en Estados Unidos se producen más de 300.000 pinchazos al año. Las agujas son también una de las razones más citadas por las que la gente no se vacuna y por las que no recibe refuerzos. Por lo tanto, las vacunas disminuyen el cumplimiento de los pacientes, generan residuos biológicos peligrosos y, sinceramente, apestan. Es mi opinión personal, pero creo que no soy el único.

P: ¿Cómo sería la nueva forma de administrar vacunas gracias a la tecnología que está desarrollando?

- ¿Conoce esos dispositivos de hipospray de Star Trek? Algo así.

P: ¿Qué ventajas tiene esta nueva forma de aplicar las vacunas?

- Una de las ventajas es que se inyectaría la vacuna directamente en la piel, donde reside una mayor parte del sistema inmunitario. La mayoría de las vacunas se inyectan en el músculo, lo que duele, pero es más fácil poner una inyección en el músculo porque es muy grande y obvio. La piel es más difícil de inyectar, pero este dispositivo lo hace muy fácil.

P: ¿Cuáles son los principales retos a los que se enfrenta la nueva técnica?

- Los dispositivos son realmente fáciles, el reto va a ser la aprobación de la FDA, ya que siempre tienen el listón muy alto.