本疫苗使用牙线替代针头

“黏膜表面很重要，因为它们是病原体（如流感和COVID）的进入途径，”该研究论文的通讯作者哈文德·辛格·吉尔（Harvinder Singh Gill）说。“然而，如果通过注射给予疫苗，抗体主要在全身体内血液中产生，在黏膜表面产生的抗体相对较少。

“但我们知道，当通过黏膜表面给予疫苗时，不仅会在血液中刺激抗体产生，在黏膜表面也会，”北卡罗来纳州立大学纳米医学领域的罗纳德·B·麦克尼尔与辛西娅·J·麦克尼尔讲席教授吉尔说。“这增强了身体预防感染的能力，因为在病原体进入身体之前多了一道抗体防线。”

这就是交界上皮发挥作用的地方。“上皮”一词指的是覆盖身体部位表面的组织，例如肺、胃和肠的内壁。大多数上皮组织包含强大的屏障，旨在阻止从病毒到污物等有害物质进入血液。但交界上皮不同。

交界上皮是一层薄薄的组织，位于牙齿和牙龈之间龈袋的最深处，它缺乏其他上皮组织所具有的屏障特征。由于缺少屏障，交界上皮可以释放免疫细胞来对抗细菌——你可以在唾液中以及牙齿与牙龈之间发现这些免疫细胞。

“因为交界上皮比其他上皮组织更具渗透性——并且它是一个黏膜层——它为向身体引入疫苗提供了一个独特机会，以刺激身体各处黏膜层增强抗体产生，”吉尔说。

为了确定通过交界上皮递送疫苗的可行性，研究人员将疫苗涂在无蜡牙线上，然后用它给实验室小鼠剔牙。具体而言，研究人员比较了通过以下方式接受肽流感疫苗的小鼠的抗体产生情况：通过剔牙作用于交界上皮；通过鼻腔上皮；或通过将疫苗放在舌下的黏膜组织上。

“我们发现，通过交界上皮应用疫苗在黏膜表面产生的抗体反应，远优于目前口腔疫苗接种的金标准（即舌下给药），”该论文的第一作者罗汉·英格罗尔（Rohan Ingrole）说（他当时是德州理工大学吉尔指导的博士生）。“与通过鼻腔上皮给药相比，剔牙技术在对抗流感病毒方面也提供了相当的保护力。”

“这非常有前途，因为大多数疫苗制剂无法通过鼻腔上皮给药——该黏膜表面的屏障特性阻碍了疫苗的有效摄取，”吉尔说。“鼻内递送还有可能使疫苗到达大脑，这可能引发安全问题。然而，通过交界上皮接种则不存在这种风险。在这个实验中，我们选择了少数几种真正适用于鼻腔给药的疫苗制剂之一，因为我们想看看交界上皮给药与鼻腔给药的最佳方案相比如何。”

研究人员还测试了交界上皮递送方法是否适用于另外三种主要类型的疫苗：蛋白质疫苗、灭活病毒疫苗和mRNA疫苗。在这三种情况下，交界上皮递送技术都在血液中和黏膜表面产生了强大的抗体反应。

研究人员还发现，至少在动物模型中，使用疫苗牙线剔牙后立即摄入食物和水并无影响——免疫反应是相同的。

但是，虽然普通牙线作为实验室小鼠的疫苗递送方法已足够，研究人员知道要求人们用手指握住涂有疫苗的牙线并不实际。为了解决这一挑战，研究人员使用了牙线棒。牙线棒由一根拉伸在两根叉臂之间的牙线组成，叉臂连接在一个手柄上。

具体来说，研究人员在牙线棒的牙线上涂覆了荧光食用色素。然后，研究人员招募了27名研究参与者，解释了通过牙线施用疫苗的概念，并要求参与者尝试用牙线棒将食用色素沉积到他们的交界上皮处。

“我们发现大约60%的色素沉积在龈袋中，这表明牙线棒可能是一种可行的递送疫苗到交界上皮的方法，”英格罗尔说。

“我们对这项工作持乐观态度——根据我们的发现——之后可能进入临床试验，”吉尔说。

虽然在考虑将剔牙技术用于临床之前还有许多问题需要解答，但研究人员认为，除了改善黏膜表面的抗体反应外，可能还有其他显著优势。

“例如，它易于实施，并解决了许多人对针头疫苗接种的担忧，”吉尔说。“而且我们认为这项技术的价格应与其他疫苗递送技术相当。

也存在一些缺点。例如，该技术不适用于尚未长牙的婴幼儿。

“此外，我们需要更多地了解这种方法如何或者在多大程度上适用于患有牙龈疾病或其他口腔感染的人，”吉尔说。

该论文《基于牙线的疫苗接种靶向龈沟进行黏膜和全身免疫》发表在期刊《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上。论文的共同作者包括德州理工大学的阿基莱什·库马尔·沙克亚（Akhilesh Kumar Shakya）、李昌贤（Chang Hyun Lee）和拉扎尔·内索维奇（Lazar Nesovic）；德州理工大学和北卡罗来纳州立大学的戈拉夫·乔希（Gaurav Joshi）；以及埃默里大学的理查德·康潘斯（Richard Compans）。

该研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）基金R01AI137846和R01DE033759的部分支持，并获得了德州理工大学惠特克讲席科学与工程基金（Whitacre Endowed Chair in Science and Engineering）的资助。

吉尔、英格罗尔和沙克亚是一项关于靶向交界上皮进行疫苗接种的专利的共同发明人。