一种新设备或可简化疫苗递送。
它的灵感来自点火器和微针。
它无需电池，而且可以低成本大规模生产。
研究人员从烧烤点火器和微针中获得灵感，开发并测试了一种创新方法，可能借助手持式电穿孔仪简化疫苗递送。
电穿孔常用于研究实验室，通过短电脉冲将分子导入细胞；但目前这项技术需要大型、复杂且昂贵的设备，严重限制了它在疫苗递送中的应用。
这种新方法借助一款新型笔状设备实现相同效果。该设备无需电池，且可低成本大规模生产。
“灵光一现”
这项突破的灵感来自人们日常用来点燃烤架的设备：电子烧烤点火器。
佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院助理教授萨阿德·巴姆拉说：“我们实验室想到，大家在美国独立日烧烤时都会用到一种熟悉的东西——烧烤点火器。”他解释说，每次按下点火器，它都会产生一个短暂电脉冲来点燃火焰。
他的团队取出点火器内部的零件，将其重新设计成微型弹簧锁扣机构。这款设备能在皮肤中产生与现有大型笨重的电穿孔设备相同的电场，但使用的是容易获得、成本低廉且无需电池即可运行的组件。
他说：“我们的灵光一现之处在于，它不需要电池，也不用插在墙上的电源插座上，这与传统电穿孔设备不同。”“而且，这些点火器组件只需几美分；目前市售的电穿孔仪每台却要花费数千美元。”
将重新设计的点火器设备与微针技术结合，便得到了全新的超低成本电穿孔系统，即“ePatch”。
手持式笔状 ePatch
除了点火器之外，另一项关键创新是将电极紧密排列，并使用极短的微针。微针常用于化妆品以焕活肌肤，也有潜在医疗用途，但通常不会用作电极。将微型电穿孔脉冲器与微针电极结合，形成了有效的皮肤电接触界面，并进一步降低了 ePatch 的成本和复杂性。
化学与生物分子工程教授马克·普劳斯尼茨说，这种基于微针的系统采用与传统电穿孔相近的电压，但脉冲短了 10,000 倍，电极仅穿入皮肤表面 .01 英寸。
“微针之间紧密的间距使我们能够使用微秒级脉冲，而不是传统电穿孔所用的毫秒级脉冲。”他说，“较短的脉冲，加上微针电极位置较浅，可最大限度地减少对神经和肌肉的刺激，从而避免疼痛和抽搐；这两者都是传统电穿孔的常见副作用。”
中国中山大学副教授夏登宁是这项研究的第一作者。该研究发表于《美国国家科学院院刊》。他说：“我们的目标是设计一种用于 COVID-19 疫苗接种的方法，采用简单、低成本且可制造的设备。”
他说：“ePatch 是一款手持设备，大小如同一支笔，重量不到两盎司，也不需要电池或电源。只需按下按钮即可操作，因此使用起来非常简单。”
mRNA 疫苗接种
但他们的系统能否与疫苗配合使用，诱发免疫反应？
为弄清这一点，研究人员与埃默里大学医学院微生物学和免疫学系副教授杨庆来合作，先用荧光蛋白测试递送系统以确认其有效，再用于递送真正的 COVID-19 疫苗。他们选择一种实验性 COVID-19 DNA 疫苗作为研究模型。
杨说：“一开始，佐治亚理工学院请我参与这个项目时，我并不确定它能否成功。令人惊讶的是，第一次尝试的结果就远远超出我的预期。
“使用相同剂量的疫苗，这种方法下的 ePatch 诱发的免疫反应几乎比肌肉注射免疫或未采用电穿孔的皮内注射强十倍。它也没有对小鼠皮肤造成任何持久影响。这意味着更容易实现保护效果。”他说。
研究人员表示，ePatch 也应适用于 mRNA 疫苗接种，目前他们正在研究这一点。
不过，开发一种更简单、经济高效、可配合 DNA 疫苗使用的电穿孔仪，可能大幅降低疫苗接种的成本和复杂性，因为它不需要对 mRNA 疫苗进行深度冷冻储存。由于 mRNA 疫苗含有脂质纳米颗粒，需要在极低温度下保存。
普劳斯尼茨说：“我们认为，要让 DNA 疫苗接种发挥作用，关键是让电穿孔变得简单、低成本且可扩展。”
包括埃默里疫苗中心希望诊所主任兼执行主任、医学教授纳丁·鲁法埃尔在内的健康专家，对 ePatch 充满期待。她指出，如今的遗传疫苗，无论是 mRNA 还是 DNA 疫苗，作为全球解决方案仍然成本高昂：mRNA 疫苗因脂质纳米颗粒制剂而需要复杂的冷链和高成本生产，DNA 疫苗则需要精密的电穿孔设备。
疫苗递送领域的变革
鲁法埃尔预测：“这种便携且价格实惠的电穿孔 ePatch 可以克服这些局限，有望成为疫苗递送领域的颠覆性技术。”
研究人员已着手改进系统，研究如何优化皮肤部位的免疫反应，并将设备整合为一个单元。杨说：“这将彻底改变疫苗接种流程。”
在进行人体试验之前，团队还必须达成多个里程碑。普劳斯尼茨预计，他们的发明还要五年多才能完成临床研究并投入广泛使用。他设想 ePatch 将遵循更传统的设备审批流程，而不是采用疫情期间加速的疫苗审批方式。
四位研究人员都认同鲁法埃尔的热情，认为 ePatch 有望让更多人平等地获得疫苗接种。巴姆拉解释说，疫苗能为负担得起且能获得医疗资源的人提供保护，但发展中世界的许多群体无法享有这些条件。
巴姆拉说：“我们知道，COVID-19 不会是最后一次大流行。”他接着说：“我们需要从成本和设计角度思考，如何简化并扩大硬件生产，让这些现代干预措施得以更公平地推广，惠及世界上服务不足、资源匮乏的地区。”
其他共同作者来自佐治亚理工学院和埃默里大学。
马克·普劳斯尼茨是授权给公司的专利发明人，是多家公司的有偿顾问，也是开发微针产品公司的创始人兼股东。这一潜在利益冲突已向佐治亚理工学院披露，并由该校进行管理。
