Wissenschaftler auf der ganzen Welt entwickeln Impfstoffe, um die Ausbreitung einer Vielzahl von Krankheiten zu unterbinden, beispielsweise wie aktuell die Erkrankung COVID-19, die vom Coronavirus SARS-CoV-2 verursacht wird. Impfstoffe können bei der Bekämpfung von Infektionskrankheiten helfen, indem sie unser Immunsystem gezielt stimulieren und auf die Abwehr bestimmter Krankheiten vorbereiten. Bei den bisherigen Routineimpfungen werden jedoch Spritzen mit schmerzhaften Injektionsnadeln verwendet. Auch hat diese Technik den Nachteil, dass das Hautsystem mit der immunologisch aktiven Mikroumgebung ungenutzt bleibt, weil die Injektionen in das tiefere Unterhaut- oder Muskelgewebe abgeben werden. Deshalb bewirken die bislang dominierenden Impfstrategien eine unzureichende Immunogenität. Auch werden sie von den Patienten nicht ausreichend akzeptiert, woraus letztlich weltweit unzureichende Impfraten resultieren.
3D-Mikrofabrikation ermöglicht neuartiges System zur Wirkstoffabgabe
Für eine effizientere Verabreichung von Impfstoffen entwickelt ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren der University of Pittsburgh Department of Dermatology, Department of Bioengineering, Clinical and Translational Science Institute, und der McGowan Institute for Regenerative Medicine zusammen mit dem UPMC Hillman Cancer Center neuartige Mikronadel-Raster als sich mit der Anwendung selbst auflösende Wirkstoffabgabesysteme für die Hautimpfung. Hierbei kommt ein Nanoscribe Photonic Professional System am Nanoscale Fabrication and Characterization Facility der University of Pittsburgh zum Einsatz, womit Prototypen und Master der Mikronadel-Raster gedruckt werden.
Die Forscher berichten, dass der 3D-Drucker von Nanoscribe ihnen sehr große Gestaltungsmöglichkeiten beim Design der Mikronadel-Raster gibt. Gleichzeitig sei das Gerät einfach zu bedienen. Auffällig sei, dass die Systeme von Nanoscribe nicht nur deren Ingenieure, sondern auch die Mediziner begeistern, welche nicht unbedingt über Kenntnisse in der Mikrofabrikation verfügen und für gewöhnlich einfache Werkzeuge bevorzugen, um ihre Ideen zu verwirklichen. Für beide Disziplinen sei die 3D-Mikrofabrikation eine Schlüsseltechnologie für die Realisierung von effizienten kutanen Systemen zur Arzneimittel- oder Impfstoffabgabe.
Das Mikronadel-Design umfasst unterschiedliche Merkmale wie Unterschnitte, scharfe Spitzen und abgerundete Pfeilschäfte. So kann bei der Anwendung eine erfolgreiche Hautdurchdringung sichergestellt werden, ohne dass die Nadeln dabei beschädigt werden. Die Spitzen der Mikronadeln spielen eine entscheidende Rolle bei den Kräften, die zu deren Einführung in das Gewebe notwendig sind. Man kann es sich denken, sie lassen sich umso leichter einführen, je spitzer die Nadeln sind. Mit den 3D-Druckern von Nanoscribe können extrem spitze Nadeln mit einer Präzision im Nanometerbereich hergestellt werden. Darüber hinaus ist eine Rundung an der Basis der Nadeln entscheidend für die Reduzierung von mechanischen Spannungen und damit für eine höhere Robustheit der Nadeln. Die Rundungen werden mit den Nadeln in einem Schritt additiv gefertigt. So können notwendige Designparameter mit der 3D-Mikrofabrikation ohne aufwändige zusätzliche Prozesse optimiert werden.
