研究人员将标准 BBQ 打火机与医疗和美容程序中常见的超细微针相结合，开发出一种 1 美元的设备，该设备利用电力更有效、更无痛地注射某些疫苗。其开发者表示，该设备可以扩大全球范围内获取含有遗传物质的疫苗的途径，包括对抗 COVID-19 的疫苗。
佐治亚理工学院的化学工程师、笔式设备 ePatch 的共同开发者萨阿德·巴姆拉说：“地球上的每个人都基本有权使用现代核酸工具。”他所指的“工具”是 DNA 和 mRNA 疫苗，它们使用病原体自身遗传密码的一部分来引发免疫反应（相比之下，传统疫苗使用病原体的实际片段，或其减弱或灭活的形式）。DNA 和 mRNA 疫苗的制造成本低于传统疫苗，而且更容易修改——这是应对新出现的病毒变种的主要卖点。但一些遗传物质疫苗也具有昂贵且难以稳定的成分，这需要特殊处理；这使得它们在世界许多地方，尤其是在更偏远或欠发达地区，更难以获得。巴姆拉和他的同事们使用 ePatch 的使命是让每个人都能获得这样的疫苗。他们的工作于11 月 9 日发表在《美国国家科学院院刊》上。
任何疫苗要发挥作用，都必须进入人体细胞内部——而 mRNA 和 DNA 疫苗中的遗传物质需要一些额外的帮助才能穿过细胞膜。对于 mRNA 疫苗（包括目前正在使用的对抗 COVID-19 的疫苗），mRNA 被包裹在一个被称为脂质纳米颗粒的微小脂肪球中。这些颗粒有助于遗传物质滑入细胞，同时也能稳定容易降解的分子。但它们也需要冷冻保存
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注射前，这意味着整个疫苗需要在极低温度下储存。DNA 疫苗可以不用冷冻，因为它们不需要脂质纳米颗粒：即使没有添加脂肪，它们也比 mRNA 更稳定，并且为了进入细胞，它们反而使用“载体病毒”，这是一种与目标病毒不同的修饰病毒。但这些疫苗也有其自身的缺点：持续存在的关于这种递送模式的安全担忧，以及 DNA 疫苗倾向于产生较弱的免疫反应这一事实。
改进遗传物质疫苗前景的一种方法可能是通过电穿孔：在注射疫苗的同时施加非常轻微的电击，这会促使细胞暂时打开细胞膜上的孔洞，让疫苗进入。从理论上讲，将电穿孔与遗传物质疫苗结合使用可以提高疫苗的有效性和可及性。对于 mRNA 疫苗，遗传物质可能无需脂质纳米颗粒就能进入细胞；这意味着疫苗可能可以在室温下储存。对于已经在较高温度下稳定的 DNA 疫苗，研究人员抱有更高的期望。他们认为电穿孔将有助于产生更强的免疫反应——并可能使 DNA 疫苗得到更广泛的应用。
到目前为止，这项技术仅在 DNA 疫苗的临床试验中进行了尝试——即使这种应用仍处于早期阶段。马萨诸塞大学医学院的免疫学家 Shan Lu 解释说，它尚未促成任何获得许可的疫苗，他没有参与这项新研究。“电穿孔已被证明可以显着提高 DNA 疫苗的递送和效力，但目前存在一些局限性，包括成本、对设备的要求、易用性和耐受性问题，”医疗保健公司葛兰素史克的前临床研究和开发主管、行业顾问 Jeffrey Ulmer 说（Ulmer 也没有参与这项新研究）。换句话说，传统的电穿孔仪是笨重的机器，成本数千美元，并且需要电源。廉价而简单的 ePatch 由容易获得的部件制成，规避了所有这些问题。
ePatch 的设计部分基于巴姆拉之前在开发用于实验室实验的经济型电穿孔仪方面的工作。这种笔状设备使用了 BBQ 打火机的压电晶体，当对其施加压力时，会产生脉冲电流。为了使其适应疫苗递送，巴姆拉的实验室在设备的尖端连接了一个微针阵列。这些微针既充当将疫苗推入体内的方法，又充当电极，将疫苗和电脉冲向下输送到皮肤表面下方的细胞中。
当研究小组使用 ePatch 在小鼠体内递送 DNA 疫苗时，他们发现它产生的免疫反应比典型注射产生的免疫反应高出约 10 倍。他们的结果与使用传统电穿孔仪进行的类似研究的结果相当。“这给了我们一些鼓舞，即使用大型机器进行电穿孔所观察到的效果，我们应该能够使用这些廉价的、可能是一次性的电穿孔仪来实现，”佐治亚理工学院的化学工程师、研究合著者马克·普劳斯尼茨说。
Ulmer 说，该系统有可能使电穿孔更易于普及，“但这仍处于早期阶段，需要在人体中进行验证，”他补充道。Lu 对此表示赞同。“在过去的几十年里，有一些使用微针注射的疫苗研究在小鼠身上效果良好，但在人体中却没有转化，”他指出。
人体试验还遥遥无期。相反，佐治亚理工学院团队的下一步是优化设备，并在更大的动物身上测试使用 ePatch 递送 DNA 疫苗。研究人员还希望用 mRNA 测试该设备。巴姆拉不确定它是否会奏效，因为 mRNA 不稳定，但他说他感到有必要尝试，因为如果它最终奏效，它可能会消除目前对脂质纳米颗粒的需求。
除了增加获得基因疫苗的途径外，巴姆拉还将他开发的低成本、易于获得的设备视为“节俭科学”理念的一部分，该理念可以使实验更便宜、更易于获得。他说，他希望他的最新项目能够促使人们稍微改变对技术的看法：“我希望他们想，‘如果这个人能看着一个 BBQ 打火机并想到一种 DNA 疫苗递送设备，那么我能做什么呢？’”