The vaccine has been used as a biological preparation against many infectious diseases such as influenza. After the vaccine was developed by E. Jenner, the dramatically improvement of vaccine has been achieved. Moreover, that improvement provided the higher quality of life and eradication of several infectious diseases such as smallpox and measles. However, there are still many disease, such as HIV, which are uncovered by vaccination. The vaccinations are separated by the type of antigens, excipients, and delivery tools. This paper focused on the novel delivery tool, microneedle, to improve the vaccination efficacy.
Most of the traditional vaccinations have been used a hypodermic syringe. However, the vaccination by syringe induced pain, fear and stress. Moreover, the invasion or reuse of the needle of syringe could induce blood-borne infections. To solve those disadvantages of traditional vaccination systems, the novel vaccination systems have been developed. For example, mucosal vaccination targets the mucosal tissues through the nasal, sublingual, pulmonary, ocular and gastrointestinal routes. The other example, transcutaneous immunization, targets epidermis and dermis of the skin using liquid jet and epidermal powder injections. Both two novel vaccination systems showed improved immunogenicity and induction of protective immune response. In this paper, the intradermal vaccination system was used via vaccine coated microneedles.
An array of 5 micrometer-sized stainless steel needles was mainly used in this paper. Because of their small invasion size, the microneedle array dose not induce the pain. Therefore, the microneedle system provides remarkably improved the patient compliance and safety from blood-borne infections. Furthermore, it provides an improvement in immunogenicity, because it delivers the vaccine into the skin, which have high density of immune cells. Microneedles are classified into 4 types-solid, coated, dissolving and hollow microneedles-according to antigen delivery types. Among them, the coated microneedle system was used in this research.
This study was performed to find more optimized coating formulation for stainless steel microneedles against influenza A (H1N1) virus. The conventional formulation was a combination of carboxymethylcellulose sodium salt and trehalose as viscosity enhancer and stabilizer. We screened formulations using different viscosity enhancers and stabilizers. Finally, two formulations were selected and our two new formulations showed significantly more stable vaccine condition at room temperature for 3 months. Moreover, they elicited superior immune responses comparing with conventional formulation in mouse model.
현재 백신은 인플루엔자로 대표되는 많은 전염병을 대비하기 위한 생물학적 대책으로 많이 사용되고 있다. E. Jenner의 최초 백신 발견 이후 많은 발전을 이루어냈다. 백신의 개발로 인류의 삶의 질은 크게 향상되었고, 천연두와 홍역 등 몇몇 전염병들은 자취를 감추기도 했다. 하지만 여전히 인류는 인플루엔자와 HIV 등의 전염병에 고통 받고 있으며, 이를 위한 백신 개발 역시 꾸준히 이루어지고 있다. 백신 접종은 크게 사용하는 항원, 첨가물, 그리고 전달도구의 종류에 따라 구분된다. 이 연구는 백신의 전달도구에 초점을 맞췄다.
기존 백신접종 방법들은 대부분 피하주사기를 이용한다. 하지만, 피하주사기를 이용한 백신접종 방법은 통증, 공포로 인한 스트레스를 동반한다. 또한, 피하주사기를 통한 접종은 주사기의 접종부위에 대한 감염이나 재사용으로 인한 감염으로부터 자유롭지 못한 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위하여, 새로운 접종 도구들과 방법들이 개발되고 있다. 예를 들어 점막을 통한 접종방법은 안구, 비강, 구강, 기관지, 그리고 장내의 점막을 통해 백신을 전달한다. 또 다른 예로, 피내접종이 있다. 피내접종은 각질층 아래의 표피와 진피에 백신을 전달하는 방법으로, 액체 투사, 분말 투사, 접촉성 전달 등이 연구되고 있으며, 그 중 일부는 실제로 사용되고 있다. 위 두 가지를 포함한 새로운 백신 전달 도구들은 향상된 성능과 안정성에서 새로운 가능성들을 보여주고 있다.
이 논문에서 주로 사용되었던 마이크로니들 패치는 5개의 마이크로미터 크기의 구조체가 일렬로 늘어진 형태이다. 마이크로미터 크기의 구조체는 최소한의 침투를 통해 효과적으로 백신을 피내로 전달할 수 있다. 작은 침투범위는 통증을 줄여주고, 여러 감염의 위험으로부터 상대적으로 자유롭다. 이는 환자들의 높은 만족도로 이어진다. 더 나아가 피내접종은 높은 면역반응을 얻을 수 있다. 이는 면역반응의 시발점에 있는 항원표지세포가 다른 신체기관에 비해 표피와 진피에 상대적으로 높은 밀도로 분포하기 때문이다. 마이크로니들은 항원을 전달하는 방식에 따라 크게 4가지로 분류된다; Solid, coated, dissolving과 hollow 마이크로니들.
이 연구는 스테인리스 스틸 재질의 마이크로니들에 더 최적화된 코팅 조성을 찾기 위해 진행되었다. 기존에 사용되던 코팅 조성은 Carboxymethylcellulose sodium salt와 Trehalose가 각각 점도증강제와 안정제로 사용되었다. 더 나은 조합의 코팅 조성을 찾기 위하여 다른 종류의 점도증강제와 안정제를 조합하여 새로운 코팅 조성을 탐색하였다. 최종적으로 2가지 조성이 선발되었으며, 상온에서 3개월간 진행되었던 장기간 보관실험과 동물실험에서 모두 우수한 성능을 보여주었다. 따라서, 이 연구는 코팅형 마이크로니들을 이용하여 피내 접종을 통해 기존 방식의 접종보다 안전하고 향상된 접종 결과를 기대할 수 있으며, 장기간 보관 시에도 항원의 안정성을 확보함으로써 백신의 배포와 보관에 용이하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
