Un colorante invisibile specializzato fornito con il vaccino potrebbe consentire di archiviare la cronologia delle vaccinazioni di un "paziente" per salvare vite umane in regioni in cui non sono disponibili registrazioni cartacee o digitali.

Questo articolo è stato aggiornato per chiarire che questa ricerca è stata sviluppata per evitare decessi prevenibili in parti del mondo in cui i sistemi cartacei o digitali non sono disponibili per registrare i registri delle vaccinazioni dei pazienti. Molti vaccini richiedono dosi multiple distanziate a intervalli specifici; senza registrazioni accurate, le persone potrebbero non ricevere tutte le dosi di cui hanno bisogno. Il metodo è ancora in fase sperimentale e non viene utilizzato per nessuna vaccinazione in corso, compreso il vaccino contro il Covid-19.

Ogni anno, la mancanza di vaccinazione porta a circa 1,5 milioni di morti prevenibili, principalmente nei paesi in via di sviluppo. Uno dei fattori che complicano le campagne di vaccinazione in questi paesi è la scarsa infrastruttura per l'archiviazione delle cartelle cliniche, quindi spesso non esiste un modo semplice per determinare chi ha bisogno di un particolare vaccino.

I ricercatori del MIT hanno ora sviluppato un nuovo modo di registrare la storia vaccinale di un paziente: memorizzando i dati in un modello di colore, invisibile ad occhio nudo, che viene inserito sotto la pelle contemporaneamente al vaccino.

Nelle aree in cui le schede di vaccinazione cartacee sono spessoperse o inesistenti e i database elettronici non vengono mantenuti , questa tecnologia potrebbe consentire la scoperta rapida e anonima della storia vaccinale di un paziente per garantire che ogni bambino sia vaccinato", afferma Kevin McHugh, ex studente di dottorato del MIT che ora è assistente professore di bioingegneria alla Rice University .

McHugh e l'ex scienziato in visita Lihong Jing sono gli autori principali dello studio, che appare oggi su Science Translational Medicine. Ana Jaklenec, ricercatrice presso il MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research, e Robert Langer, professore presso il David H. Koch Institute presso il MIT, sono gli autori senior del documento.

Il record invisibile

Alcuni anni fa, un team del MIT ha deciso di escogitare un metodo per registrare le informazioni sulle vaccinazioni in un modo che non richiedesse un database centralizzato o un'altra infrastruttura. Molti vaccini, come il vaccino contro morbillo, parotite e rosolia (MMR), richiedono dosi multiple distanziate a intervalli specifici; senza registrazioni accurate, i bambini potrebbero non ricevere tutte le dosi di cui hanno bisogno.

Per proteggere dalla maggior parte degli agenti patogeni, sono necessarie più vaccinazioni, afferma Jaklenec. In alcune aree del mondo in via di sviluppo, questo può essere molto impegnativo perché mancano dati su chi è stato vaccinato e se hanno bisogno di ulteriori iniezioni o meno.

Per creare una cartella clinica decentralizzata "sul paziente", i ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di punti quantici a base di rame, che emettono luce nello spettro del vicino infrarosso. I punti hanno un diametro di circa 4 nanometri, ma sono incapsulati in microparticelle biocompatibili che formano sfere di circa 20 micron di diametro. Questo incapsulamento consente al colorante di rimanere in posizione, sotto la pelle, dopo l'iniezione.

Gli scienziati hanno progettato il loro colorante per essere erogato utilizzando un cerotto con microaghi anziché una siringa e un ago tradizionali. Tali cerotti sono ora in fase di sviluppo per fornire vaccini contro il morbillo, la rosolia e altre malattie, ei ricercatori hanno dimostrato che il loro colorante può essere facilmente incorporato in questi cerotti.

I microaghi utilizzati in questo studio sono costituiti da una miscela di zucchero solubile e un polimero chiamato PVA, oltre a colorante a punti quantici e vaccino. Quando il cerotto viene applicato sulla pelle, i microaghi, lunghi 1,5 millimetri, si dissolvono parzialmente, rilasciando il loro carico utile in circa due minuti.

Caricando selettivamente le microparticelle nei microaghi, i cerotti forniscono un motivo sulla pelle invisibile a occhio nudo ma che può essere scansionato da uno smartphone con il filtro a infrarossi rimosso. Il cerotto può essere personalizzato per stampare diversi modelli in base al tipo di vaccino consegnato.

Un giorno è possibile che questo approccio 'invisibile' possa creare nuove opportunità per l'archiviazione dei dati, il biosensing e la consegna di vaccini che potrebbero migliorare la fornitura di cure mediche, in particolare nei paesi in via di sviluppo", afferma Langer.

Immunizzazione efficace

I test sulla pelle morta umana hanno dimostrato che i modelli di punti quantici possono essere rilevati dalle fotocamere degli smartphone dopo un massimo di cinque anni di esposizione al sole simulata.

I ricercatori hanno anche testato questa strategia di vaccinazione nei ratti, utilizzando patch di microaghi che hanno fornito i punti quantici insieme al vaccino antipolio. Hanno scoperto che questi ratti hanno prodotto una risposta immunitaria simile a quella dei ratti che hanno ricevuto il tradizionale vaccino antipolio iniettato.

Questo studio ha confermato che l'inclusione del vaccino colorato nei cerotti con microaghi non ha influito sull'efficacia del vaccino o sulla nostra capacità di rilevare il colorante", afferma Jaklenec.

Gli scienziati hanno ora in programma di esaminare gli operatori sanitari nei paesi in via di sviluppo in Africa per ottenere informazioni sul modo migliore per implementare questo tipo di registro delle vaccinazioni. Stanno anche lavorando per espandere la quantità di dati che possono essere codificati su un singolo modulo, consentendo loro di includere informazioni come la data di somministrazione del vaccino e il numero di lotto del vaccino.

Gli scienziati ritengono che i punti quantici siano sicuri da usare in questo modo perché sono incapsulati in un polimero biocompatibile, ma hanno in programma di fare ulteriori studi sulla sicurezza prima di testarli sui pazienti.

"L'archiviazione, l'accesso e il controllo delle cartelle cliniche è un argomento importante con molti possibili approcci", afferma Mark Prausnitz, capo dell'ingegneria chimica e biomolecolare presso la Georgia Tech, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo studio presenta un nuovo approccio in cui il paziente archivia e controlla le cartelle cliniche all'interno della pelle del paziente in modo minimamente invasivo ed elegante.

La ricerca è stata finanziata dalla Bill and Melinda Gates Foundation e da un Koch Institute Grant (core) del National Cancer Institute. Altri autori dell'articolo sono Sean Severt, Mache Cruz, Morteza Sarmadi, Hapuarachchige Surangi Jayawardena, Collin Perkinson, Fridrik Larusson, Sviatlana Rose, Stephanie Tomasic, Tyler Graf, Stephany Tzeng, James Sugarman, Daniel Vlašić, Matthew Peters, Nels Peterson, Loels Wood, Wen Tang, Jihyeon Yeom, Joe Collins, Philip Welkhoff, Ari Karchin, Megan Tse, Mingyuan Gao e Moungi Bawendi.

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