Un colorant sous cutané, livré avec un vaccin, pour permettre le marquage et le suivi des vaccinations

Les ingénieurs du MIT ont mis au point un moyen de stocker des informations médicales sous la peau, en utilisant un colorant à points quantiques qui est administré, avec un vaccin, par un patch micro-aiguille. Le colorant, invisible à l'œil nu, peut être lu plus tard à l'aide d'un smartphone spécialement adapté.
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Image: Studios Second Bay
 
Chaque année, un manque de vaccination entraîne environ 1,5 million de décès évitables, principalement dans les pays en développement. L'un des facteurs qui rend les campagnes de vaccination dans ces pays plus difficiles est qu'il y a peu d'infrastructure pour stocker les dossiers médicaux, il n'y a donc souvent pas de moyen facile de déterminer qui a besoin d'un vaccin particulier.
Les chercheurs du MIT ont maintenant développé une nouvelle façon d'enregistrer les antécédents de vaccination d'un patient: stocker les données dans un modèle de colorant, invisible à l'œil nu, qui est administré sous la peau en même temps que le vaccin.
«Dans les régions où les cartes de vaccination papier sont souvent perdues ou n'existent pas du tout, et où les bases de données électroniques sont inconnues, cette technologie pourrait permettre la détection rapide et anonyme de l'historique de vaccination des patients afin de garantir que chaque enfant est vacciné», déclare Kevin McHugh, un ancien post-doctorant du MIT qui est maintenant professeur adjoint de bio-ingénierie à l'Université Rice.
Les chercheurs ont montré que leur nouveau colorant, constitué de nanocristaux appelés points quantiques, peut rester au moins cinq ans sous la peau, où il émet une lumière proche infrarouge qui peut être détectée par un smartphone spécialement équipé.
McHugh et l'ancien scientifique invité Lihong Jing sont les principaux auteurs de l'étude , qui apparaît aujourd'hui dans Science Translational Medicine . Ana Jaklenec, chercheuse à l'Institut Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer, et Robert Langer, professeur à l'Institut David H. Koch au MIT, sont les principaux auteurs de l'article.
Un disque invisible
Il y a plusieurs années, l'équipe du MIT a entrepris de concevoir une méthode pour enregistrer les informations de vaccination d'une manière qui ne nécessite pas une base de données centralisée ou une autre infrastructure. De nombreux vaccins, comme le vaccin contre la rougeole, les oreillons et la rubéole (ROR), nécessitent des doses multiples espacées à certains intervalles; sans registres précis, les enfants peuvent ne pas recevoir toutes les doses nécessaires.
«Pour être protégé contre la plupart des agents pathogènes, il faut plusieurs vaccinations», déclare Jaklenec. «Dans certaines régions du monde en développement, il peut être très difficile de le faire, car il y a un manque de données sur qui a été vacciné et s'ils ont besoin de vaccins supplémentaires ou non.»
Pour créer un dossier médical décentralisé «sur le patient», les chercheurs ont développé un nouveau type de points quantiques à base de cuivre, qui émettent de la lumière dans le spectre du proche infrarouge. Les points ne mesurent qu'environ 4 nanomètres de diamètre, mais ils sont encapsulés dans des microparticules biocompatibles qui forment des sphères d'environ 20 microns de diamètre. Cette encapsulation permet au colorant de rester en place, sous la peau, après son injection.
Les chercheurs ont conçu leur colorant pour être administré par un patch microneedle plutôt qu'une seringue et une aiguille traditionnelles. De tels patchs sont en cours de développement pour administrer des vaccins contre la rougeole, la rubéole et d'autres maladies, et les chercheurs ont montré que leur colorant pouvait être facilement incorporé dans ces patchs.
Les micro-aiguilles utilisées dans cette étude sont fabriquées à partir d'un mélange de sucre soluble et d'un polymère appelé PVA, ainsi que du colorant à points quantiques et du vaccin. Lorsque le patch est appliqué sur la peau, les micro-aiguilles, qui mesurent 1,5 millimètre de long, se dissolvent partiellement, libérant leur charge utile en deux minutes environ.
En chargeant sélectivement des microparticules dans des micro-aiguilles, les patchs délivrent un motif dans la peau qui est invisible à l'œil nu mais qui peut être scanné avec un smartphone sur lequel le filtre infrarouge est retiré. Le patch peut être personnalisé pour imprimer différents motifs correspondant au type de vaccin administré.
«Il est possible qu'un jour cette approche« invisible »crée de nouvelles possibilités pour le stockage de données, la biodétection et les applications de vaccins qui pourraient améliorer la façon dont les soins médicaux sont fournis, en particulier dans les pays en développement», dit Langer.
Vaccination efficace
Des tests utilisant la peau de cadavre humain ont montré que les motifs de points quantiques pouvaient être détectés par les caméras des smartphones après jusqu'à cinq ans d'exposition au soleil simulée.
Les chercheurs ont également testé cette stratégie de vaccination chez le rat, en utilisant des patchs à micro-aiguilles qui délivraient les points quantiques avec un vaccin contre la polio. Ils ont découvert que ces rats généraient une réponse immunitaire similaire à la réponse de rats ayant reçu un vaccin antipoliomyélitique injecté traditionnel.
«Cette étude a confirmé que l'incorporation du vaccin avec le colorant dans les patchs à micro-aiguilles n'affectait pas l'efficacité du vaccin ou notre capacité à détecter le colorant», explique Jaklenec.
Les chercheurs prévoient maintenant d'enquêter sur les agents de santé des pays en développement d'Afrique pour obtenir des informations sur la meilleure façon de mettre en œuvre ce type de tenue de registres de vaccination. Ils travaillent également à augmenter la quantité de données qui peuvent être encodées dans un modèle unique, leur permettant d'inclure des informations telles que la date d'administration du vaccin et le numéro de lot du lot de vaccins.
Les chercheurs pensent que les points quantiques sont sûrs à utiliser de cette manière car ils sont encapsulés dans un polymère biocompatible, mais ils prévoient de mener d'autres études de sécurité avant de les tester chez les patients. 
«Le stockage, l'accès et le contrôle des dossiers médicaux sont un sujet important avec de nombreuses approches possibles», déclare Mark Prausnitz, président du génie chimique et biomoléculaire à Georgia Tech, qui n'a pas participé à la recherche. «Cette étude présente une nouvelle approche où le dossier médical est stocké et contrôlé par le patient dans la peau du patient d'une manière minimalement invasive et élégante.»
La recherche a été financée par la Fondation Bill et Melinda Gates et le Koch Institute Support (core) Grant du National Cancer Institute. Les autres auteurs de l'article sont Sean Severt, Mache Cruz, Morteza Sarmadi, Hapuarachchige Surangi Jayawardena, Collin Perkinson, Fridrik Larusson, Sviatlana Rose, Stephanie Tomasic, Tyler Graf, Stephany Tzeng, James Sugarman, Daniel Vlasic, Matthew Peters, Nels Peterson, Lowell Wood, Wen Tang, Jihyeon Yeom, Joe Collins, Philip Welkhoff, Ari Karchin, Megan Tse, Mingyuan Gao et Moungi Bawendi.
https://news.mit.edu/2019/storing-vaccine-history-skin-1218