▎药明康德内容团队编辑
大多数疫苗需要多次注射，才能实现完全免疫的效果。如果能通过一次注射就取得同样的效果，无疑可以简化流程、提升效率，而这一点对于医疗资源较为匮乏的地区尤为重要。
现在，来自麻省理工学院（MIT）的科研团队设计出一款神奇的微型颗粒：进入体内后，它可以按照预定的时间分次释放药剂。这款设计不仅有望帮助研究人员开发出仅需一次注射的自增强疫苗，还可能在肿瘤免疫疗法、药物递送等场景中发挥独特的作用。该研究已发表于《科学·进展》杂志。
从外型上看，这种颗粒就像是一只微缩的“加盖咖啡杯”：颗粒的基底就如同是咖啡杯的杯身，中央的空间可以用来装载药剂；填充好药剂后，一个盖子盖住了基底，两者融合从而将药剂密封在“杯身”中，避免药剂提前泄漏。研究团队给这项技术的命名正是SEAL（密封，全称为StampEd Assembly of polymer Layers）。
▲SEAL的结构示意图，以及随时间变化逐渐降解的过程（图片来源：参考资料[1]）
为了打造这款微型颗粒，研究团队选用的材料是PLGA（聚乳酸-羟基乙酸）聚合物。这种材料具有生物相容性：注射至皮下一段时间后，该材料会自主降解，因此无需再通过手术取出。目前，PLGA已经被批准用于生产手术缝合线等可植入设备。
在SEAL整体降解之前，它要做的显然是在恰当的时间变得不再密封，将装载的药剂释放。而实现这一点的过程，就是“打碎杯盖”。PLGA在水中会逐渐降解，随着该过程继续，盖子变得多孔，直至最终碎裂、释放出药剂。研究团队注意到，盖子上的孔隙并不是匀速出现的：在很长一段时间内，盖子都保持完好；但突然之间，孔隙出现并不断增多。
▲颗粒的盖子完全破碎、药剂释放后的颗粒结构3D扫描图（视频来源：参考资料[1]）
接下来，最重要的问题自然是，人们该如何控制SEAL在体内碎裂、释放药剂的时间？要解决这个问题，研究团队首先要明确的是，决定释放时间的因素究竟是什么？
他们通过实验意外地发现，颗粒的尺寸、形态都不会影响药剂释放动力学；而真正决定释放时间的，是聚合物组分的差异，以及聚合物末端的基团。
基于这些发现，一次性自增强疫苗的设计思路逐渐清晰：他们开发的一款模型可以根据不同的设计参数，预测特定颗粒在体内如何降解。因此，研究团队可以根据所需的释放时间，对颗粒的聚合物组分进行组合，从而调制出特定的SEAL“鸡尾酒”。
要确保药剂在释放之前的稳定性，研究团队要做的另一项工作是维持SEAL微环境的稳定。当水分子降解PLGA聚合物，副产物包括乳酸和乙醇酸，这时SEAL变得酸性更强。由于颗粒中的药剂往往是对酸碱度敏感的蛋白质或核酸，因此环境的改变可能会对药物造成破坏。为此，研究团队正在寻找保持pH值稳定的手段。
▲这种新型颗粒可用于制造自增强疫苗（图片来源：Second Bay Studios, edited by MIT News）
基于这一思路，研究团队已经设计出自增强的脊髓灰质炎疫苗，目前正在动物实验阶段。而在正常情况下，需要2~4次注射，才能完成脊髓灰质炎疫苗的完全接种。
这项研究的领导者之一，MIT的Robert Langer教授展望道：“我们相信，这些颗粒有潜力成为安全、单次注射、自增强的疫苗。通过改变聚合物组成，可以创造出具有不同释放时间的颗粒‘鸡尾酒’。这种单次注射的策略不仅有助于提升接种者的依从性，还有助于提升疫苗的免疫应答效果。”
参考资料：
[1] Morteza Sarmadi et al. Experimental and computational understanding of pulsatile release mechanism from biodegradable core-shell microparticles.Science Advances(2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn5315
[2] Microparticles could be used to deliver “self-boosting” vaccines. Retrieved July 13, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/958094
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