佐治亚理工学院的研究人员萨阿德·巴姆拉(左)和马克·普劳斯尼茨(右)在实验室研究电子竞赛
信用:坎德勒霍布斯，佐治亚理工学院 由于佐治亚理工学院和埃默里大学研究人员团队的独创性，未来的疫苗交付可能依赖于日常用品，如烧烤打火机和微针
由佐治亚理工学院化学和生物分子工程学院领导的研究人员开发并测试了一种创新方法，该方法大大简化了通过手持电穿孔仪运送疫苗(包括新冠肺炎疫苗)的复杂性
虽然电穿孔通常用于研究实验室，使用短电脉冲将分子驱动到细胞中，但该技术目前需要大型、复杂且昂贵的设备，严重限制了其用于疫苗递送
佐治亚理工学院的方法是使用一种新型的钢笔大小的设备来完成这项工作，这种设备不需要电池，并且可以低成本大规模生产
该研究小组的发现发表在10月号
20期《国家科学院院刊》
啊哈时刻 他们突破的灵感来自人们用来启动烤架的日常设备:电子烧烤打火机
“我的实验室发现，当我们在7月4日烧烤时，你可以使用我们所有人都熟悉的东西——烧烤打火机，”化学和生物分子工程学院助理教授萨阿德·巴姆拉回忆说，他解释说，每次点击打火机，它都会产生一个短暂的电脉冲来点燃火焰
他的团队将打火机内部重新设计成一个微型弹簧锁机构
该装置在皮肤中产生与已经使用的大型电穿孔机器相同的电场，但是使用广泛可用的低成本部件，不需要电池来操作
他解释说:“我们的啊哈时刻是，它没有电池，也没有插在墙上的插头，不像传统的电穿孔设备。”
“而且这些较轻的组件成本仅为几便士，而目前可用的电穿孔仪每台成本高达数千美元
" 将重新设计的打火机与佐治亚理工学院药物输送实验室的微针技术相结合，产生了一种新的超低成本电穿孔系统，即“电子匹配”
" 佐治亚理工学院化学和生物分子工程学院的研究人员萨阿德·巴姆拉和马克·普劳斯尼茨分享了他们的新型手持电穿孔设备如何大大简化疫苗的运送，包括新冠肺炎的疫苗
信用:佐治亚理工学院 电极间距越小，电压越低 除了打火机之外，一项关键的创新包括紧密间隔电极和使用极短的微针
虽然微针通常用于化妆品中以恢复皮肤活力并用于潜在的医疗应用，但微针通常不用作电极
将微型电穿孔脉冲发生器与微针电极相结合，可与皮肤形成有效的电接口，并进一步降低了ePatch的成本和复杂性
根据董事教授马克·普劳斯尼茨和J
小厄斯金·洛夫
化学和生物分子工程讲座，他们的微针系统使用类似于传统电穿孔的电压，但脉冲短10，000倍，使用的电极只能穿透
01英寸深入皮肤表面
“微针的紧密间距使我们能够使用微秒脉冲，而不是传统电穿孔中使用的毫秒脉冲
这种较短的脉冲，加上微针电极位置较浅，可以最大限度地减少神经和肌肉刺激，从而避免疼痛和抽搐，这两种都是传统电穿孔的常见副作用，”他说
“我们的目标是设计一种新冠肺炎疫苗接种方法，不仅使疫苗更有效，而且使用一种简单、低成本、可制造的设备，”该研究的主要作者、现任中国中山大学副教授的邓宁·夏说
“ePatch是一款只有钢笔大小的手持设备，重量不到两盎司，不需要电池或电源
它只需按下一个按钮就能运行，这使得它的使用非常简单，”他说
免疫反应测试 但是他们的系统可以和疫苗一起使用来产生免疫反应吗？ 为了找到答案，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，首先使用荧光蛋白测试递送系统，以确保其有效，并递送实际的新冠肺炎疫苗
他们为新冠肺炎选择了一种实验性的DNA疫苗作为他们的模型
“一开始，当佐治亚理工学院邀请我合作这个项目时，我不确定它是否会成功，”杨说
“令人惊讶的是，即使在第一次尝试中，它也远远超出了我的预期
用同样量的疫苗使用这种方法，与肌内免疫或皮内注射相比，在没有电穿孔的情况下，ePatch诱导的免疫反应几乎提高了10倍
它对老鼠的皮肤也没有持久的影响
这意味着更容易实现保护，”他说
超低成本的ePatch疫苗接种装置
信用:坎德勒霍布斯，佐治亚理工学院 简化电穿孔 研究人员说，电子匹配也应该适用于基因疫苗接种，他们目前正在研究
但是，设计一种更简单、更具成本效益的电穿孔仪来配合DNA疫苗，可以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，因为它们含有脂质纳米颗粒，所以需要寒冷的温度
Prausnitz说:“我们认为使DNA疫苗接种发挥作用的关键是使电穿孔变得简单、低成本和可扩展。”
这场ePatch正在卫生专家中引发兴奋，包括医学教授、埃默里疫苗中心希望诊所执行主任纳丁·鲁法尔
她指出，今天的基因疫苗，无论是mRNA还是d na，作为一种全球解决方案仍然很昂贵，因为它们要么需要复杂的冷链和昂贵的制造，这是由于用于mRNA递送的脂质na nop颗粒的配方，要么它们需要复杂的电穿孔设备用于DNA疫苗递送
疫苗交付的突破 “佐治亚理工学院便携式和负担得起的电穿孔ePatch可以克服这些限制，并可能成为疫苗交付领域的潜在游戏规则改变者，”Rouphael预测
研究人员已经在寻找改进系统的方法，研究如何优化皮肤部位的免疫反应，并将该设备集成到一个单元中
“这将彻底改变疫苗接种过程，”杨说
乔治亚理工学院的ePatch，包含一个微针电极阵列(黄色)固定在电穿孔脉冲器上，电穿孔脉冲器由BBQ打火机(蓝色)制成，显示在针头和注射器旁边
信用:坎德勒霍布斯，佐治亚理工学院 该团队必须在人体试验前达到多个里程碑
普劳斯尼茨预计，他们的发明完成临床研究并准备广泛使用还需要五年多的时间
他设想，与大流行期间出现的疫苗加速批准相比，ePatch将遵循更传统的设备批准流程
这四位研究人员都响应了鲁法尔的热情，认为他们的电子竞赛有可能使疫苗接种民主化
巴姆拉解释说，疫苗对那些负担得起并能获得医疗资源的人有效，但对大部分发展中国家来说是不可行的
巴姆拉说:“我们知道，新冠肺炎不会是最后一次大流行。”
“我们需要从成本和设计的角度来考虑如何简化和扩展我们的硬件，以便这些现代干预措施能够更加合理地分散到世界上更多服务不足和资源不足的地区
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