„Zeigen und schießen“: Eine Luftpistole könnte Impfstoffe und andere Medikamente schmerzlos verabreichen

Könnte ein Luftstoß eines Tages die Nadel bei der Verabreichung von Medikamenten und Impfstoffen ersetzen? Diese Wissenschaftler arbeiten daran.

Die letzten Jahre haben die Bedeutung von Impfstoffen für den Schutz der öffentlichen Gesundheit deutlich gemacht – aber was wäre, wenn es einen besseren Weg gäbe, den Impfstoff zu verabreichen als mit der gefürchteten Nadel?

Forscher könnten die Antwort haben – in Form eines Strahls, der mit nur geringem Druck einen Impfstoff durch die Haut blasen kann, ein Gefühl, das sie mit dem Schlag eines Schaumstoffspielzeugs vergleichen.

Der MOF-Jet, entwickelt von Wissenschaftlern der University of Texas in Dallas in den USA, wurde am Montag auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society einem Publikum vorgestellt.

Der Hauptforscher des Projekts, Jeremiah Gassensmith, begann während der Sperrung durch die COVID-19-Pandemie mit der Idee. Er bestellte preiswerte Teile eines druckgasbetriebenen Strahlinjektionssystems und übergab sie später an Yalini Wijesundara, eine Doktorandin im Labor.

Wijesundara, der die Arbeit auf dem Treffen vorstellte, hatte zuvor andere Strahlinjektoren aus den 1960er Jahren erforscht, die komprimiertes Gas verwenden, um einen schmalen Flüssigkeitsstrahl zu injizieren.

Wenn die Injektoren so modifiziert werden könnten, dass sie Feststoffe verbrennen, dachte sie, dass sie ein Abgabesystem für Materialien innerhalb eines metallorganischen Gerüsts (MOF) sein könnten. Hierbei handelt es sich um poröse, kristalline Strukturen, die wie molekulare Käfige wirken und eine Vielzahl von Materialien einschließen, darunter Nukleinsäuren und Proteine.

Durch die Kombination des Strahlinjektors mit den bestehenden Arbeiten des Labors zu MOFs entwickelte Wijesundara den MOF-Jet, der Pulver an Zellen abgeben kann, indem er sie mit Luft hineinschießt.

Gassensmiths Gruppe arbeitete zuvor mit dem MOF namens Zeolitic-Imidazolate Framework Eight oder ZIF-8.

„Im Vergleich zu Gold ist es günstig und schützt biologische Materialien wie Nukleinsäuren“,erklärte Wijesundara . „Wir können darin auch Impfstoffformulierungen als Pulver bei Raumtemperatur lagern, wodurch die extrem kalten Temperaturen, die viele flüssige Impfstoffe erfordern, überflüssig werden.“

Das Team schloss eine Vielzahl biologischer Materialien in ZIF-8 ein, was sie vor einem zu schnellen Abbau schützte.

Anschließend modifizierten sie eine Genkanone – die typischerweise in der Veterinärmedizin verwendet wird, um genetisches Material oder Proteine ​​in die Zellen eines Tieres zu schießen –, um den MOF-Jet zu schaffen. Ein Gasstoß feuerte die pulverförmige Formulierung in die Zellen, was laut Wijesundara so einfach war wie „Zeigen und Schießen“.

Sie testeten ihr System und zeigten, dass der MOF-Jet ein ZIF-8-umhülltes Gen an Zwiebelzellen und ein ZIF-8-umhülltes Protein an Mäuse abgab. Laut Gassensmith fühlt sich die Explosion des Injektors einfach an, „als wäre man von einer Nerf-Kugel getroffen worden“ – viel weniger schmerzhaft, als wenn man mit einer Nadel gestochen würde.

Das Team erkannte auch, dass es die Geschwindigkeit, mit der die Ladung freigesetzt wurde, durch eine Änderung des verwendeten Gases ändern konnte. ZIF-8 reagiert empfindlich auf saure Umgebungen und wenn Kohlendioxid mit Wasser in Zellen reagiert, entsteht Kohlensäure, die wiederum zum Aufbrechen des MOF beiträgt.

„Wenn man es mit Kohlendioxid beschießt, wird es seine Ladung schneller in den Zellen freisetzen; wenn man normale Luft verwendet, dauert es vier oder fünf Tage“, erklärte sie. Dies bedeutet, dass das gleiche Medikament über verschiedene Zeiträume hinweg freigesetzt werden könnte, ohne dass seine Formulierung geändert werden müsste. „Als wir das erkannten, eröffnete es viele Möglichkeiten“, sagte Gassensmith.

Das Team nutzt diese Methode nun, um Chemotherapeutika und Adjuvantien als potenzielle Behandlung für Melanome, die schwerste Form von Hautkrebs, bereitzustellen.

Da der MOF-Jet das Material über eine große Fläche verteilen kann, könne er ein Krebstherapeutikum gleichmäßiger in einem Melanom verteilen als mit einer Nadel, der aktuellen Verabreichungsmethode, heißt es.

Die Forschung ist noch im Gange und die Forscher glauben, dass die Anpassungsfähigkeit ihres MOF-Jets eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen könnte, von der Veterinärmedizin bis zur Landwirtschaft, oder eines Tages sogar Impfungen oder Behandlungen für Menschen.

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