將疫苗送到需要它們的人手中並不總是那麼容易。許多疫苗需要冷藏，因此很難將它們運送到沒有必要基礎設施的偏遠地區。麻省理工學院的研究人員為這個問題提出了一個可能的解決方案：一種移動的疫苗打印機，可以按比例放大，在一天內生產數百個疫苗劑量。研究人員說，這種可以放在桌面上的打印機可以被部署到任何需要疫苗的地方。

麻省理工學院科赫綜合癌症研究所的研究科學家Ana Jaklenec說：”我們有一天可以按需生產疫苗。例如，如果某個地區爆發了埃博拉病毒，人們可以將幾台這樣的打印機運到那裡，為那個地方的人接種疫苗。”

該打印機可生產帶有數百個含有疫苗的微針的補丁。該貼片可以貼在皮膚上，讓疫苗溶解而不需要傳統的注射。資料來源：研究人員提供

這台打印機生產出帶有數百個含有疫苗的微針的補丁。這種貼片可以貼在皮膚上，讓疫苗溶解而不需要傳統的注射。一旦打印出來，疫苗貼片可以在室溫下儲存數月。

在2023年4月24日發表在《自然-生物技術》上的一項研究中，研究人員表明，他們可以使用打印機生產熱穩定的COVID-19 RNA疫苗，這種疫苗可以誘導出與註射RNA疫苗產生的免疫反應相當的小鼠。

Jaklenec和麻省理工學院David H. Koch研究所教授、Koch研究所成員Robert Langer是這項研究的資深作者。該論文的主要作者是前麻省理工學院博士後Aurelien vander Straeten，Morteza Sarmadi博士22歲，和博士後John Daristotle。

打印疫苗

大多數疫苗，包括mRNA疫苗在儲存時必須冷藏，因此很難儲存它們或將它們送到無法保持這些溫度的地方。此外，它們需要注射器、針頭和訓練有素的醫療保健專業人員來管理它們。

為了克服這一障礙，麻省理工學院的團隊開始尋找一種按需生產疫苗的方法。在COVID-19到來之前，他們最初的動機是建立一個可以在埃博拉等疾病爆發時快速生產和部署疫苗的設備。這樣的設備可以被運到偏遠的村莊、難民營或軍事基地，以實現對大量人口的快速疫苗接種。

在打印機內，一個機械臂將墨水注入微針模具，而模具下方的真空室將墨水吸到底部。圖中是模具的一個例子。資料來源：研究人員提供

研究人員決定不生產傳統的注射式疫苗，而是採用一種新型的疫苗輸送方式，其基礎是大約拇指指甲大小的貼片，其中包含數百個微針。這種疫苗目前正在開發中，用於治療許多疾病，包括脊髓灰質炎、麻疹和風疹。當貼片被貼在皮膚上時，針尖在皮膚下溶解，釋放出疫苗。

Daristotle說：”當COVID-19開始時，對疫苗穩定性和疫苗獲取的擔憂促使我們嘗試將RNA疫苗納入微針貼片。”

研究人員用來打印含有疫苗的微針的”墨水”包括封裝在脂質納米顆粒中的RNA疫苗分子，這有助於它們在很長一段時間內保持穩定。

墨水還含有聚合物，可以很容易地被塑造成合適的形狀，然後在數週或數月內保持穩定，即使在室溫或更高的溫度下儲存。研究人員發現，聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的50/50組合，這兩種物質通常用於形成微針，具有最佳的硬度和穩定性組合。

在打印機內，一個機械臂將墨水注入微針模具，而模具下方的真空室將墨水吸到底部，確保墨水一直到達針尖。一旦模具被填滿，它們需要一到兩天的時間來乾燥。目前的原型可以在48小時內生產100個貼片，但研究人員預計，未來的版本可以設計成具有更高的容量。

抗體反應

為了測試疫苗的長期穩定性，研究人員首先創造了一種含有編碼熒光素酶（一種發光蛋白質）的RNA的墨水。他們將得到的微針貼片在4攝氏度或25攝氏度（室溫）的條件下儲存長達6個月後應用於小鼠。他們還將一批顆粒在37攝氏度下儲存了一個月。

在所有這些儲存條件下，這些貼片在應用於小鼠時誘發了強烈的發光反應。相比之下，通過傳統的肌肉注射發光蛋白編碼RNA產生的發光反應隨著室溫下更長的儲存時間而下降。

然後，研究人員測試了他們的COVID-19微針疫苗。他們給小鼠接種了兩個劑量的疫苗，相隔四周，然後測量它們對病毒的抗體反應。用微針貼片接種的小鼠與用傳統的注射式RNA疫苗接種的小鼠有類似的反應。

當研究人員用在室溫下存放了三個月的微針貼片為小鼠接種時，也看到了同樣強烈的抗體反應。

斯坦福大學轉化醫學和化學工程教授Joseph DeSimone說：”這項工作特別令人興奮，因為它實現了按需生產疫苗的能力，隨著疫苗生產規模的擴大和在更高溫度下穩定性的提高，移動疫苗打印機可以促進RNA疫苗的廣泛使用”。他沒有參與這項研究。

雖然這項研究側重於Covid-19 RNA疫苗，但研究人員計劃調整該工藝以生產其他類型的疫苗，包括由蛋白質或滅活的病毒製成的疫苗。

Jaklenec說：”墨水成分是穩定mRNA疫苗的關鍵，但墨水可以包含各種類型的疫苗，甚至是藥物，從而使使用這種微針平台可以提供的東西具有靈活性和模塊化。”