研究人員將標準 BBQ 打火機與醫療和美容程式中常見的超細微針相結合，開發出一種 1 美元的裝置，該裝置利用電力更有效、更無痛地注射某些疫苗。其開發者表示，該裝置可以擴大全球範圍內獲取含有遺傳物質的疫苗的途徑，包括對抗 COVID-19 的疫苗。
佐治亞理工學院的化學工程師、筆式裝置 ePatch 的共同開發者薩阿德·巴姆拉說：“地球上的每個人都基本有權使用現代核酸工具。”他所指的“工具”是 DNA 和 mRNA 疫苗，它們使用病原體自身遺傳密碼的一部分來引發免疫反應（相比之下，傳統疫苗使用病原體的實際片段，或其減弱或滅活的形式）。DNA 和 mRNA 疫苗的製造成本低於傳統疫苗，而且更容易修改——這是應對新出現的病毒變種的主要賣點。但一些遺傳物質疫苗也具有昂貴且難以穩定的成分，這需要特殊處理；這使得它們在世界許多地方，尤其是在更偏遠或欠發達地區，更難以獲得。巴姆拉和他的同事們使用 ePatch 的使命是讓每個人都能獲得這樣的疫苗。他們的工作於11 月 9 日發表在《美國國家科學院院刊》上。
任何疫苗要發揮作用，都必須進入人體細胞內部——而 mRNA 和 DNA 疫苗中的遺傳物質需要一些額外的幫助才能穿過細胞膜。對於 mRNA 疫苗（包括目前正在使用的對抗 COVID-19 的疫苗），mRNA 被包裹在一個被稱為脂質奈米顆粒的微小脂肪球中。這些顆粒有助於遺傳物質滑入細胞，同時也能穩定容易降解的分子。但它們也需要冷凍儲存
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注射前，這意味著整個疫苗需要在極低溫度下儲存。DNA 疫苗可以不用冷凍，因為它們不需要脂質奈米顆粒：即使沒有新增脂肪，它們也比 mRNA 更穩定，並且為了進入細胞，它們反而使用“載體病毒”，這是一種與目標病毒不同的修飾病毒。但這些疫苗也有其自身的缺點：持續存在的關於這種遞送模式的安全擔憂，以及 DNA 疫苗傾向於產生較弱的免疫反應這一事實。
改進遺傳物質疫苗前景的一種方法可能是透過電穿孔：在注射疫苗的同時施加非常輕微的電擊，這會促使細胞暫時開啟細胞膜上的孔洞，讓疫苗進入。從理論上講，將電穿孔與遺傳物質疫苗結合使用可以提高疫苗的有效性和可及性。對於 mRNA 疫苗，遺傳物質可能無需脂質奈米顆粒就能進入細胞；這意味著疫苗可能可以在室溫下儲存。對於已經在較高溫度下穩定的 DNA 疫苗，研究人員抱有更高的期望。他們認為電穿孔將有助於產生更強的免疫反應——並可能使 DNA 疫苗得到更廣泛的應用。
到目前為止，這項技術僅在 DNA 疫苗的臨床試驗中進行了嘗試——即使這種應用仍處於早期階段。馬薩諸塞大學醫學院的免疫學家 Shan Lu 解釋說，它尚未促成任何獲得許可的疫苗，他沒有參與這項新研究。“電穿孔已被證明可以顯著提高 DNA 疫苗的遞送和效力，但目前存在一些侷限性，包括成本、對裝置的要求、易用性和耐受性問題，”醫療保健公司葛蘭素史克的前臨床研究和開發主管、行業顧問 Jeffrey Ulmer 說（Ulmer 也沒有參與這項新研究）。換句話說，傳統的電穿孔儀是笨重的機器，成本數千美元，並且需要電源。廉價而簡單的 ePatch 由容易獲得的部件製成，規避了所有這些問題。
ePatch 的設計部分基於巴姆拉之前在開發用於實驗室實驗的經濟型電穿孔儀方面的工作。這種筆狀裝置使用了 BBQ 打火機的壓電晶體，當對其施加壓力時，會產生脈衝電流。為了使其適應疫苗遞送，巴姆拉的實驗室在裝置的尖端連線了一個微針陣列。這些微針既充當將疫苗推入體內的方法，又充當電極，將疫苗和電脈衝向下輸送到皮膚表面下方的細胞中。
當研究小組使用 ePatch 在小鼠體內遞送 DNA 疫苗時，他們發現它產生的免疫反應比典型注射產生的免疫反應高出約 10 倍。他們的結果與使用傳統電穿孔儀進行的類似研究的結果相當。“這給了我們一些鼓舞，即使用大型機器進行電穿孔所觀察到的效果，我們應該能夠使用這些廉價的、可能是一次性的電穿孔儀來實現，”佐治亞理工學院的化學工程師、研究合著者馬克·普勞斯尼茨說。
Ulmer 說，該系統有可能使電穿孔更易於普及，“但這仍處於早期階段，需要在人體中進行驗證，”他補充道。Lu 對此表示贊同。“在過去的幾十年裡，有一些使用微針注射的疫苗研究在小鼠身上效果良好，但在人體中卻沒有轉化，”他指出。
人體試驗還遙遙無期。相反，佐治亞理工學院團隊的下一步是最佳化裝置，並在更大的動物身上測試使用 ePatch 遞送 DNA 疫苗。研究人員還希望用 mRNA 測試該裝置。巴姆拉不確定它是否會奏效，因為 mRNA 不穩定，但他說他感到有必要嘗試，因為如果它最終奏效，它可能會消除目前對脂質奈米顆粒的需求。
除了增加獲得基因疫苗的途徑外，巴姆拉還將他開發的低成本、易於獲得的裝置視為“節儉科學”理念的一部分，該理念可以使實驗更便宜、更易於獲得。他說，他希望他的最新專案能夠促使人們稍微改變對技術的看法：“我希望他們想，‘如果這個人能看著一個 BBQ 打火機並想到一種 DNA 疫苗遞送裝置，那麼我能做什麼呢？’”