Nadel

ANN/DER STERN – Yalini Wijesundara aus Sri Lanka starrte auf die Luftpistole, die in ihrem Labor stand. Der Laborleiter, außerordentlicher Professor Dr. Jeremiah Gassensmith, hatte es in einem Ansturm pandemiebedingter Langeweile aufgebaut und in seinem Heimbüro mit Speisesalz herumgeschossen.

Als der Lockdown endete, brachte er es in sein Biochemielabor und bat Wijesundara, einen Forschungszweck dafür zu finden.

Der damalige Doktorand im ersten Studienjahr an der University of Texas at Dallas (UTD) in den Vereinigten Staaten (USA) war gerade von Sri Lanka nach Texas gezogen. Sie fühlte sich wie ein Fisch auf dem Trockenen, während sie immer noch darüber nachdachte, wie das Labor funktionierte.

''Lass dir Zeit. „Sie werden es schon herausfinden“, sagte Dr. Gassensmith zu ihr.

Zwei Jahre später knackte Wijesundara den Code. Sie erweckte das alte Luftgewehr zu neuem Leben und schuf ein System zur Abgabe von Impfstoffen mit einem Gasstoß.

Es sei weniger schmerzhaft als herkömmliche Nadelimpfstoffe, sagte Wijesundara, vergleichbar mit dem Treffer einer Nerf-Kugel. Die Forschung wurde letztes Jahr in der Zeitschrift Chemical Science veröffentlicht.

Es ist noch ein langer Weg, bis Menschen Blähungsimpfungen erhalten können, aber Wijesundara und Dr. Gassensmith setzen sich dafür ein, eine weniger beängstigende Möglichkeit zu schaffen, lebensrettende Medikamente zu verabreichen.

„Wir müssen bei unserer Fähigkeit vorankommen, die Impfung so schmerzlos wie möglich zu machen“, sagte Letzterer.

EINE THERAPEUTISCHE KUGEL

Bevor er nach Texas zog, studierte Wijesundara metallorganische Gerüste (MOFs) an der Universität Peradeniya in Sri Lanka.

MOFs sind Metallionen und stäbchenförmige organische Moleküle, die sich wie Tinkertoys zu komplexen Käfigen zusammenfügen.

Diese Käfige können Gase, Proteine ​​und sogar DNA enthalten.

Bei der Auswahl eines Doktorandenprogramms stellte Wijesundara fest, dass das Chemielabor von Dr. Gassensmith an der UTD MOF-Käfige zur Aufnahme pulverförmiger, haltbarer Impfstoffe entworfen hatte.

Es hat perfekt gepasst.

Als sie über die Luftpistole nachdachte, fragte sie sich, ob sie die pulverförmigen Impfstoffe in Menschen schleusen könnte.

Sie tauchte in die Geschichte der Impfstoffe ein und stellte fest, dass Hochdruck-Impfstoffinjektoren in den 1950er Jahren populär wurden.

Diese Injektoren verwendeten einen Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitsstrahl, um Impfstoffe durch die Haut zu schleusen.

Allerdings waren diese Flüssigkeitsinjektoren nicht nur schmerzhaft, sondern es konnten auch Körperflüssigkeiten zurück auf die Injektordüsen spritzen, was die Ausbreitung von durch Blut übertragenen Infektionskrankheiten wie Hepatitis B und C begünstigte.

„Mir wurde klar, dass wir dieses Problem lösen können“, sagte sie. „Weil wir einen festen [Impfstoff] verwenden, bei dem es keine Rückspritzprobleme gibt.“

Wijesundara fand den idealen Druck und Abstand von der Haut heraus, um einen Impfstoff mit der Luftpistole anzutreiben, die sie modifizierte, um den MOF-Jet zu schaffen.

Sie verwendete ein MOF, das Zink enthält – ein im ganzen Körper vorkommendes Mineral –, um den Impfstoff zu transportieren.

Sie drehte auch die Düse der Pistole, um den Impfstoff bis zur Injektion festzuhalten. Mit einem Knopfdruck öffnet und schließt sich das Ventil der MOF-Düse schnell und schießt eine Impfstoffkugel in einen Zinkkäfig. Sobald der Käfig in die Haut eindringt, wird er durch Salze in der Hautflüssigkeit auseinandergezogen und der Impfstoff freigesetzt.

KONTROLLIERTE FREIGABE

Wijesundara und Dr. Gassensmith testeten den MOF-Jet an Pflanzenzellen und Mäusen mit einem Protein, das üblicherweise in Impfstoffexperimenten verwendet wird.

Bei den Tests entdeckten sie eine weitere nützliche Eigenschaft des MOF-Jets.

Als der Impfstoff mit einem sauren Gas wie Kohlendioxid durch die Haut geschleudert wurde, löste sich der Zinkkäfig schnell auf und gab seinen Inhalt innerhalb von 24 Stunden frei. Als sie jedoch ein neutraleres Gas wie Luft verwendeten, zerfiel der Käfig im Laufe von ein bis zwei Wochen langsam.

„Sie können effektiv steuern, ob Sie das Medikament sofort benötigen oder nicht, oder ob Sie möchten, dass das Medikament über einen längeren Zeitraum langsam freigesetzt wird“, sagte Dr. Gassensmith.

Laut Dr. Tim Corcoran, außerordentlicher Professor für Bioingenieurwesen am University of Pittsburgh Medical Center in den USA, erforschen viele Forschungsteams neue Wege zur Verabreichung von Medikamenten und Impfstoffen. Transdermale Pflaster, die Medikamente durch die Haut übertragen können, und ultradünne Mikronadeln sind zwei der untersuchten Methoden.

Obwohl sich die Forschung von Wijesundara und Associate Professor Gassensmith noch im Anfangsstadium befindet, sagte Associate Professor Corcoran, der nicht an der Forschung beteiligt war, dass das Design der MOF-Partikel und die zeitliche Freisetzung ihres Inhalts dem Fachgebiet etwas Neues hinzufügen. „Das Konzept, die kleine therapeutische Kugel wirklich kontrollieren zu können und sie genau das tun zu lassen, was man will, ist hier wirklich neu“, sagte er.

KEINE NADELN MEHR

Dr. Gassensmith sagte, der MOF-Jet könne zur Injektion von Grippe- und Covid-19-Impfstoffen sowie einigen Diabetesmedikamenten und Allergiespritzen verwendet werden. Der MOF-Jet kann keine Medikamente injizieren, die sofort wirken müssen, wie zum Beispiel Medikamente in der Notaufnahme. Es ist noch lange nicht in der Arztpraxis eingesetzt und muss noch an Menschen getestet werden, abgesehen davon, dass Dr. es selbst im Labor ausprobiert hat.

Außerdem müssen sie den klobigen Prototyp in ein einfach zu bedienendes Gerät umwandeln. „Es sieht aus wie etwas, das man in einer Autowerkstatt findet, nicht wie etwas in der Arztpraxis“, sagte er.

Wijesundara untersucht, ob der MOF-Jet zur Behandlung von Melanomen, einer Hautkrebsart, eingesetzt werden könnte. – Adithi Ramakrishnan