針が怖いですか？ ガスの一吹きでいつかワクチンが届けられるかもしれない

ヤリニ・ウィジェスンダラさんは研究室に置かれた空気銃を見つめた。

研究室所長のジェレマイア・ガッセンスミスは、パンデミックによる退屈に拍車をかけ、自宅オフィスの周りに食卓塩を撒き散らしながらこの建物を建てた。 ロックダウンが終わると、彼はそれを生化学研究室に持ち込み、ウィジェスンダラにその研究目的を見つけるように頼んだ。

当時テキサス大学ダラス校の大学院一年生だったウィジェスンダラさんは、スリランカからテキサスに移住したばかりだった。 彼女は水を得た魚のような気分でしたが、研究室がどのように機能するかをまだ理解していませんでした。 ゆっくり時間をかけてください、とガッセンスミスさんは彼女に言いました。 分かるでしょう。

2 年後、Wijesundara が暗号を解読しました。 彼女はガッセンスミスの古いエアガンに新たな命を吹き込み、一吹きのガスでワクチンを投与するシステムを作り上げた。 ウィジェスンダラ氏によると、従来の針を使ったワクチンよりも痛みは少なく、ナーフの弾丸が当たるのと同等だという。 この研究は昨年『Chemical Science』誌に掲載された。

人々がガスパフワクチンを受けられるようになるまでには長い道のりがあるが、ウィジェスンダラ氏とガッセンスミス氏は、命を救う薬を届ける怖くない方法を開発することに尽力している。

「私たちはワクチン接種を可能な限り痛みのないものにするために、この分野を前進させる必要がある」とガッセンスミス氏は語った。

ティンカートイと化学

テキサスに移る前に、Wijesundara はスリランカのペラデニヤ大学で金属有機フレームワーク (MOF) を学びました。 MOF は金属イオンと棒状の有機分子であり、ティンカートイのように、集まって複雑なケージを構築します。 これらのケージには、ガス、タンパク質、さらには DNA さえも保持できます。 博士課程を選択する際、ウィジェスンダラ氏は、UTD のガッセンスミス氏の化学研究室が、粉末状の保存安定性のあるワクチンを保持する MOF の「ケージ」を設計していることに気づきました。 完璧にフィットしました。

ウィジェスンダラ氏は空気銃を検討し、これで粉末ワクチンを人々に噴射できるのではないかと考えた。

彼女はワクチンの歴史を詳しく調べ、高圧ワクチン注射器が 1950 年代に普及したことを発見しました。 これらの注射器は、高速の液体の流れを使用して、皮膚を通してワクチンを推進しました。 これらの液体注射器は痛みを伴うだけでなく、体液が注射器のノズルに飛び散り、B型肝炎やC型肝炎などの病気の蔓延を促進する可能性もありました。

ウィジェスンダラ氏は、「我々はその問題を解決できることに気づいた。なぜなら、我々はスプレーバックの問題がゼロの固形ワクチンを使用しているからである」と語った。

「ちょっとした治療の弾丸」

ウィジェスンダラさんは、空気銃でワクチンを噴射するための理想的な圧力と皮膚からの距離を見つけ出し、それを改良して「MOF ジェット」を作成しました。 彼女はワクチンを運ぶために、亜鉛（全身に存在するミネラル）を含むMOFを使用した。 彼女はまた、注射までワクチンを保持できるように銃のノズルを微調整した。

ボタンを押すと、MOF ジェットのバルブが素早く開閉し、亜鉛ケージ内でワクチンの「弾丸」を発射します。 ケージが皮膚に入ると、皮膚液中の塩分がケージを引き離し、ワクチンを放出します。

WijesundaraとGassensmithは、ワクチン実験で一般的に使用されるタンパク質を使用して、植物細胞とマウスでMOFジェットをテストしました。

テスト中に、ウィジェスンダラ氏とガッセンスミス氏は、MOF ジェットのもう 1 つの有用な特性を発見しました。 二酸化炭素のような酸性ガスを使用してワクチンを皮膚に噴射すると、亜鉛ケージは急速に溶解し、24 時間かけて内容物が放出されました。 しかし、空気のようなより中性の気体を使用すると、ケージは 1 ～ 2 週間かけてゆっくりと壊れました。

「今すぐ薬が欲しいか、それとも時間をかけてゆっくりと薬を放出したいかを効果的にコントロールできる」とガッセンスミス氏は語った。

ピッツバーグ大学メディカルセンターの生物工学准教授ティム・コーコラン氏によると、多くの研究チームが医薬品やワクチンを投与する新たな方法を模索している。 皮膚を通して薬剤を投与できる経皮パッチと極細の「マイクロニードル」の 2 つの方法が研究されています。

ウィジェスンダラ氏とガッセンスミス氏の研究は初期段階にあるが、コーコラン氏は、MOF粒子の設計とその内容物の時限放出がこの分野に何か新しいことを加えると述べた。

研究には関与していないコーコラン氏は、「小さな治療薬を実際に制御し、望みどおりに実行できるというコンセプトが、ここでは本当に目新しいところだ」と語った。

針のない未来

ガッセンスミス氏は、MOFジェットはインフルエンザや新型コロナウイルス感染症のワクチンのほか、一部の糖尿病薬やアレルギーの予防接種にも使用できると述べた。 MOF-jet は、救急治療薬など、すぐに効果を発揮する必要がある薬剤を注射することができませんでした。

診療所で使用されるには程遠いし、ガッセンスミス氏が研究室で自分で試した以外は、まだ人体でのテストは行われていない。 Wijesundara 氏と Gassensmith 氏は、不格好なプロトタイプを使いやすいデバイスに変換する必要もあります。

「それは自動車店で見つけられるもののようで、診療所にあるものではありません」とガッセンスミス氏は語った。

ウィジェスンダラ氏は、MOF ジェットが黒色腫と呼ばれる一種の皮膚がんの治療を提供できるかどうかを研究しています。 MOF は針に比べて治療薬を体全体に均等に分配することができ、医師は薬の投与のタイミングを計ることができます。

このプロジェクトに取り組んでいた初期の頃は困難を伴うものだった、と Wijesundara 氏は思い出します。 謎の空気銃の目的を見つけた彼女と研究室は、針のない未来に向けて歩みを進めています。