Ograniczony zasięg szczepień powoduje śmierć 3 milionów osób spowodowaną chorobami, którym można zapobiec poprzez szczepienia1. Nieodpowiednie warunki przechowywania i transportu prowadzą do marnotrawstwa funkcjonalnych szczepionek, a tym samym przyczyniają się do zmniejszenia globalnej immunizacji. Ponadto niepełne szczepienie spowodowane nieprzestrzeganiem wymaganych harmonogramów szczepień również powoduje ograniczony zasięg szczepień, szczególnie w krajach rozwijających się2. W celu otrzymania dawek przypominających wymagane są wielokrotne wizyty u personelu medycznego w zalecanym okresie, co ogranicza odsetek populacji z pełnym zaszczepieniem. W związku z tym istnieje potrzeba opracowania nowatorskich strategii kontrolowanego dostarczania szczepionek w celu obejścia tych wyzwań.
Obecne wysiłki zmierzające do opracowania technologii dostarczania szczepionek obejmują systemy polimerowe oparte na emulsji3,4. Jednak ładunek jest często narażony na większą ilość rozpuszczalnika organicznego, który może potencjalnie powodować agregację i denaturację, szczególnie w kontekście ładunku na bazie białka5,6. Opracowaliśmy nowatorską platformę do dostarczania szczepionek, "polybubbles", która może potencjalnie pomieścić wiele przedziałów ładunkowych, jednocześnie minimalizując objętość ładunku narażonego na działanie rozpuszczalnika7. Na przykład w naszej platformie z rdzeniem i powłoką z tworzywa sztucznego jedna kieszeń ładunkowa o średnicy 0,38 mm (SEM) jest wtryskiwana w środek pęcherzyka foliowego o średnicy 1 mm. W tym przypadku powierzchnia ładunku narażonego na działanie rozpuszczalnika organicznego wynosiłaby około 0,453mm2. Po uwzględnieniu gęstości upakowania kulek (mikrocząstek) w kuli (magazynie towarowym), rzeczywista objętość mikrocząstek (o średnicy 10 μm), które mogłyby zmieścić się w magazynie, wynosi 0,17 mm3. Objętość jednej mikrocząstki wynosi 5,24x10-8 mm3, a zatem liczba mikrocząstek cząstek, które mogą zmieścić się w magazynie, wynosi ~3,2x106 cząstek. Jeśli każda mikrocząstka ma 20 kieszeni cargo (w wyniku podwójnej emulsji) o średnicy 0,25 μm, to powierzchnia ładunku wystawionego na działanie rozpuszczalnika organicznego wynosi 1274mm2. Magazyn ładunkowy w obrębie polipęcherzyków miałby zatem ~2800 razy mniejszą powierzchnię narażoną na działanie rozpuszczalnika organicznego w porównaniu z ładunkiem narażonym na działanie rozpuszczalnika organicznego w mikrocząsteczkach. Nasza platforma na bazie poliestru może zatem potencjalnie zmniejszyć ilość ładunku narażonego na działanie rozpuszczalnika organicznego, który w przeciwnym razie może powodować agregację i niestabilność ładunku.
Polipęcherzyki są tworzone na zasadzie separacji faz, gdzie poliester w fazie organicznej jest wstrzykiwany do roztworu wodnego, co skutkuje kulistym pęcherzykiem. Ładunek w fazie wodnej może być następnie wstrzykiwany do środka polipęcherzyka. Kolejny przedział ładunkowy można potencjalnie uzyskać w obrębie polipęcherzyków poprzez zmieszanie innego ładunku z polimerową powłoką. Polipęcherzyk na tym etapie będzie plastyczny, a następnie zostanie utwardzony, aby uzyskać solidną strukturę polipęcherzykową z ładunkiem pośrodku. Sferyczne polipęcherzyki zostały wybrane zamiast innych kształtów geometrycznych, aby zwiększyć ładowność w polipęcherzyku, jednocześnie minimalizując ogólny rozmiar polibańki. Polipęcherzyki z ładunkiem w środku zostały wybrane, aby zademonstrować opóźnione uwalnianie impulsu. Polipęcherzyki zostały również włączone do środka wrażliwego na bliską podczerwień (NIR) (tj. umożliwiającego teranostykę), a mianowicie nanoprętów złota (AuNR), aby spowodować wzrost temperatury polipęcherzyków. Efekt ten może potencjalnie ułatwić szybszą degradację i może zostać wykorzystany do kontrolowania kinetyki w przyszłych zastosowaniach. W tym artykule opisujemy nasze podejście do tworzenia i charakteryzowania polipęcherzyków, osiągania opóźnionego uwalniania pęknięć z polipęcherzyków oraz włączania AuNR do polipęcherzyków w celu wywołania aktywacji NIR.