Un nuevo dispositivo podría simplificar la administración de vacunas.
Se inspiró en encendedores y microagujas.
No requiere baterías y podría fabricarse en serie a bajo coste.
Inspirados en los encendedores de barbacoa y en las microagujas, los investigadores han desarrollado y probado un método innovador que podría simplificar la administración de vacunas mediante un dispositivo de mano llamado electroporador.
Aunque la electroporación se utiliza habitualmente en los laboratorios de investigación para introducir moléculas en las células mediante pulsos eléctricos breves, la técnica requiere actualmente equipos grandes, complejos y costosos, lo que limita gravemente su uso para la administración de vacunas.
El nuevo enfoque cumple su función mediante un dispositivo del tamaño de un bolígrafo que no requiere baterías y puede fabricarse en serie a bajo coste.
“Momento eureka”
La inspiración para este avance surgió de un dispositivo cotidiano que la gente utiliza para encender la parrilla: el encendedor electrónico de barbacoa.
“Mi laboratorio descubrió que se podía utilizar algo con lo que todos estamos familiarizados el 4 de julio, cuando hacemos una barbacoa: un encendedor de barbacoa”, afirma Saad Bhamla, profesor adjunto de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular del Instituto de Tecnología de Georgia, y explica que cada vez que se pulsa el encendedor, este genera un breve pulso de electricidad para encender la llama.
Su equipo tomó las entrañas de un encendedor y las rediseñó como un pequeño mecanismo de resorte y pestillo. El dispositivo crea el mismo campo eléctrico en la piel que las voluminosas máquinas de electroporación que ya se utilizan, pero empleando componentes de bajo coste y amplia disponibilidad que no requieren batería para funcionar.
“Nuestro momento eureka fue el hecho de que no tiene batería ni se conecta a la red eléctrica, a diferencia de los equipos de electroporación convencionales”, afirma. “Y estos componentes del encendedor cuestan apenas unos centavos, mientras que los electroporadores disponibles actualmente cuestan miles de dólares cada uno.”
La combinación del dispositivo de encendedor rediseñado con la tecnología de microagujas ha dado lugar a un nuevo sistema de electroporación de costo ultrabajo, o “ePatch”.
ePatch de mano, del tamaño de un bolígrafo
Además del encendedor, una innovación clave consistió en colocar los electrodos muy juntos y utilizar microagujas extremadamente cortas. Aunque las microagujas se utilizan habitualmente en cosmética para rejuvenecer la piel y tienen posibles aplicaciones médicas, por lo general no se emplean como electrodos. Acoplar el pequeño pulsador de electroporación con electrodos de microagujas creó una interfaz eléctrica eficaz con la piel y redujo aún más el coste y la complejidad del ePatch.
El sistema basado en microagujas utiliza voltajes similares a los de la electroporación convencional, pero con pulsos 10.000 veces más cortos y electrodos que penetran solo .01 pulgadas en la superficie de la piel, afirma Mark Prausnitz, profesor de ingeniería química y biomolecular.
“La estrecha separación de las microagujas nos permite utilizar pulsos de microsegundos en lugar de los pulsos de milisegundos aplicados en la electroporación convencional. Este pulso más corto, junto con la ubicación superficial de los electrodos de microagujas, minimiza la estimulación de nervios y músculos, lo que puede evitar el dolor y las contracciones, ambos efectos secundarios habituales de la electroporación convencional”, afirma.
“Nuestro objetivo era diseñar un método de vacunación contra la COVID-19 que utilizara un dispositivo sencillo, de bajo coste y fabricable”, afirma Dengning Xia, profesor asociado de la Universidad Sun Yat-sen de China, quien fue el autor principal del estudio publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
“El ePatch es un dispositivo de mano del tamaño de un bolígrafo, que pesa menos de dos onzas y no requiere batería ni fuentes de alimentación. Funciona simplemente al pulsar un botón, lo que lo hace muy sencillo de usar”, afirma.
Vacunación con ARNm
Pero ¿podría utilizarse su sistema con una vacuna para generar una respuesta inmunitaria?
Para averiguarlo, los investigadores se asociaron con Chinglai Yang, profesor asociado del Departamento de Microbiología e Inmunología de la Facultad de Medicina de la Universidad Emory, para probar primero el sistema de administración con una proteína fluorescente y comprobar que funcionaba, y para administrar una vacuna real contra la COVID-19. Como modelo seleccionaron una vacuna experimental de ADN contra la COVID-19.
“Al principio, no estaba seguro de que tuviera éxito cuando el Instituto de Tecnología de Georgia me pidió colaborar en este proyecto”, afirma Yang. “Sorprendentemente, incluso en el primer intento, superó con creces mis expectativas.
“Con este método y la misma cantidad de vacuna, el ePatch indujo una respuesta inmunitaria casi diez veces mayor que la inmunización intramuscular o la inyección intradérmica sin electroporación. Además, no mostró efectos duraderos en la piel de los ratones. Esto significa que es más fácil lograr protección”, afirma.
Los investigadores afirman que el ePatch también debería funcionar para la vacunación con ARNm, que actualmente están estudiando.
Pero diseñar un electroporador más sencillo y rentable que funcione con la vacuna de ADN podría reducir de forma notable el coste y la complejidad de las vacunaciones, ya que no requiere el almacenamiento en congeladores de ultrabajas temperaturas que necesitan las vacunas de ARNm, las cuales requieren temperaturas gélidas porque contienen nanopartículas lipídicas.
“Creemos que la clave para que la vacunación con ADN funcione es que la electroporación sea sencilla, de bajo coste y escalable”, afirma Prausnitz.
El ePatch está generando entusiasmo entre expertos en salud, entre ellos Nadine Rouphael, profesora de medicina y directora ejecutiva de la Hope Clinic del Centro de Vacunas de Emory. Señala que las vacunas genéticas actuales, ya sean de ARNm o de ADN, siguen siendo caras como solución mundial, porque requieren una cadena de frío complicada y una fabricación costosa debido a la formulación de nanopartículas lipídicas para la administración del ARNm, o necesitan un dispositivo de electroporación sofisticado para administrar la vacuna de ADN.
Revolución en la administración de vacunas
El “ePatch de electroporación portátil y asequible puede superar estas limitaciones y convertirse en un auténtico cambio de paradigma en el ámbito de la administración de vacunas”, pronostica Rouphael.
Los investigadores ya estudian formas de perfeccionar su sistema, analizando cómo optimizar la respuesta inmunitaria en el lugar de la piel e integrando el dispositivo en una sola unidad. “Eso revolucionaría el proceso de vacunación”, afirma Yang.
El equipo debe alcanzar múltiples hitos antes de los ensayos en humanos. Prausnitz prevé que pasarán más de cinco años antes de que su invento pueda completar el estudio clínico y estar listo para un uso generalizado. Imagina que el ePatch seguirá un proceso de aprobación de dispositivos más tradicional que las aprobaciones aceleradas de vacunas que se produjeron durante la pandemia.
Los cuatro investigadores se hacen eco del entusiasmo de Rouphael por el potencial de su ePatch para democratizar el acceso a las vacunas. Bhamla explica que las vacunas funcionan para quienes pueden permitírselas y tienen acceso a recursos de atención sanitaria, pero que eso no es viable para grandes sectores del mundo en desarrollo.
“Sabemos que la COVID-19 no será la última pandemia”, afirma Bhamla. “Debemos pensar, desde la perspectiva del coste y del diseño, en cómo simplificar y ampliar la escala de nuestro hardware para que estas intervenciones modernas puedan distribuirse de forma más equitativa, para llegar a más zonas desfavorecidas y con menos recursos del mundo.”
Otros coautores pertenecen al Instituto de Tecnología de Georgia y a la Universidad Emory.
Mark Prausnitz es inventor de patentes licenciadas a empresas, asesor remunerado de empresas y fundador y accionista de empresas que desarrollan productos basados en microagujas. Este posible conflicto de intereses ha sido declarado y está gestionado por el Instituto de Tecnología de Georgia.
