Un calendario de vacunación integrado en un diminuto parche
Un parche probado en ratas administró dosis de Prevnar-13, una vacuna contra las bacterias neumocócicas, en intervalos programados que iban desde unos pocos días hasta más de un mes. Los animales desarrollaron respuestas inmunitarias similares a las de quienes recibieron varias inyecciones y sobrevivieron a una exposición a una dosis letal de bacterias. Detrás del trabajo está Nguyen Duc Thanh, un científico vietnamita cuya investigación en la Universidad de Connecticut ha atraído millones de dólares para desarrollar dispositivos médicos diseñados para desaparecer una vez que cumplen su función.
Contenido
- Un calendario de vacunación integrado en un diminuto parche
- De Da Nang a un laboratorio en Connecticut
- Cómo un parche podría sustituir varias visitas
- Qué podrían significar menos citas
- Patentes que amplían la plataforma de administración
- Materiales que ayudan a reparar huesos y cartílagos
- Ultrasonido diseñado para ayudar a que los medicamentos lleguen al cerebro
- Un proyecto de la pandemia más allá de los implantes
- Qué abarcan la financiación y los reconocimientos
- Puntos clave
Conocido en las publicaciones científicas como Thanh D. Nguyen, este profesor asociado trabaja en ingeniería mecánica, ingeniería biomédica y ciencia de materiales. Sus proyectos incluyen parches de vacunas, estructuras destinadas a ayudar a reparar huesos dañados y dispositivos biodegradables de ultrasonido diseñados para ayudar a que los medicamentos de quimioterapia lleguen a los tumores cerebrales.
La Universidad de Connecticut afirma que, desde su incorporación en 2016, Nguyen ha conseguido 25 millones de dólares en financiación para investigación para la institución. Las cifras de financiación hechas públicas hasta octubre de 2024 incluían más de 9,5 millones de dólares de cuatro subvenciones R01 de los Institutos Nacionales de Salud y 6,6 millones de dólares de dos subvenciones aprobadas por la Fundación Bill y Melinda Gates.
La idea central conecta varios problemas médicos que parecen diferentes: crear un material que transporte medicamentos, genere una señal eléctrica o produzca ultrasonido, y luego permitir que se descomponga en el organismo. Para los pacientes, los beneficios previstos van desde menos citas de vacunación hasta evitar una operación para retirar un implante.
Las pruebas publicadas más detalladas corresponden al parche de vacunas. Nguyen fue el autor de correspondencia del estudio sobre la vacuna administrada con microagujas, publicado en línea el 23 de noviembre de 2020 en Nature Biomedical Engineering e incluido en su volumen de 2021. La investigación probó la tecnología en ratas; su uso para la vacunación habitual de personas sigue siendo un objetivo de desarrollo.
De Da Nang a un laboratorio en Connecticut
Nguyen nació en 1984 en Da Nang, en el centro de Vietnam. Estudió física en la escuela secundaria para estudiantes con altas capacidades Le Quy Don antes de ingresar al programa de ingeniería para estudiantes destacados en física de la ingeniería de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hanói.
Tras graduarse en 2007, recibió en 2008 una beca de la Fundación para la Educación de Vietnam para cursar estudios de doctorado en la Universidad de Princeton. Se doctoró en 2013 y continuó como investigador posdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.
Su trayectoria académica pasó de la mecánica y la ingeniería aeroespacial a la tecnología biomédica. En Connecticut, donde se incorporó a los departamentos de ingeniería mecánica y biomédica en 2016, creó un laboratorio dedicado a biomateriales, medicamentos, vacunas, medicina regenerativa y dispositivos médicos en miniatura. Se convirtió en profesor asociado en 2022.
Varias fechas permiten seguir el desarrollo de ese trabajo:
- 2017: Nguyen recibió el premio Trailblazer de los NIH para investigadores jóvenes.
- 2018: Su laboratorio presentó una tecnología de polímeros piezoeléctricos biodegradables para aplicaciones médicas.
- 23 de noviembre de 2020: El estudio sobre el parche de vacunas programable se publicó en línea.
- 30 de agosto de 2022: Se concedió una patente sobre microagujas de núcleo y cubierta que menciona a Nguyen y Khanh Tran.
- 2024: Nguyen fue elegido miembro sénior de la Academia Nacional de Inventores.
Cómo un parche podría sustituir varias visitas
El parche de vacunas de Nguyen tiene aproximadamente el tamaño de la punta de un pulgar y contiene cientos de agujas diminutas. En lugar de utilizar una jeringa convencional para administrar cada dosis por separado, deposita pequeños paquetes de vacuna en la piel en una sola aplicación.
Cada microaguja tiene un núcleo que contiene la vacuna y una cubierta exterior fabricada con un polímero biodegradable llamado poli(ácido láctico-co-glicólico), o PLGA. Los investigadores fabrican y alinean estas piezas en miniatura de modo que las cubiertas con distintas velocidades de descomposición liberen su contenido en momentos diferentes.
El objetivo es lograr una serie de liberaciones en momentos programados, similar a la administración de inyecciones separadas. Una dosis puede liberarse tras una breve demora, mientras otra permanece encapsulada hasta más adelante. El diseño y las propiedades del material de la cubierta permiten modificar el calendario de liberación.
Nguyen, entonces profesor adjunto de ingeniería en Connecticut, explicó el beneficio previsto para los pacientes:
«El paciente no tendría que recordar el calendario de vacunación», afirma Nguyen. «No tendría que recibir otro parche para recibir las vacunas repetidamente».
El estudio en ratas utilizó Prevnar-13 contra Streptococcus pneumoniae. Compararla con las inyecciones repetidas resulta útil porque el objetivo práctico es mantener la protección y reducir el número de veces que una persona debe regresar para recibir tratamiento.
Qué podrían significar menos citas
Las familias que viven lejos de un centro de salud quizá tengan que organizar el transporte, ausentarse del trabajo y regresar en varias fechas para completar un ciclo de vacunación. Un parche que incorpore su propio calendario de dosis podría reducir esos desplazamientos y la posibilidad de que se omita una dosis posterior.
El enfoque de Nguyen forma parte de un campo más amplio de investigación sobre microagujas. Mark Prausnitz, director del Centro de Diseño, Desarrollo y Administración de Medicamentos de Georgia Tech, ha trabajado en parches para la gripe y el sarampión. Explica que las agujas cortas pueden atravesar la delgada barrera exterior de la piel sin necesidad de la longitud de una aguja de inyección convencional.
Algunas formulaciones de microagujas también podrían facilitar la distribución de vacunas al reducir la dependencia de la refrigeración. La conservación depende de la vacuna y de la formulación del parche, por lo que cada producto propuesto debe someterse a sus propias pruebas. En el caso del parche programable de Nguyen, tanto la precisión de los tiempos de liberación como la conservación de la vacuna durante el almacenamiento son fundamentales para el uso previsto.
Darin Zehrung, responsable de programas de dispositivos médicos y tecnologías sanitarias en PATH, señaló que el compromiso de la industria, la capacidad de producción y un costo razonable son retos prácticos para los parches de vacunas. El trabajo publicado por Nguyen aporta pruebas en animales sobre la administración programada; convertir ese diseño en un producto médico de amplia distribución también requiere desarrollo industrial y clínico.
Patentes que amplían la plataforma de administración
Nguyen y el coinventor Khanh Tran presentaron su solicitud de patente sobre microagujas de núcleo y cubierta el 5 de marzo de 2019. La patente estadounidense 11.426.570 se concedió el 30 de agosto de 2022, con la Universidad de Connecticut como titular.
La invención describe agujas biodegradables que pueden quedar insertadas en la piel y liberar cantidades controladas de medicamentos o vacunas en pulsos breves y en momentos previsibles. El 22 de julio de 2022 se presentó una solicitud relacionada que menciona a los mismos inventores.
Otra solicitud, presentada el 28 de septiembre de 2021, menciona a Nguyen y Nicholas Farrell y se refiere a la administración prolongada para el tratamiento del dolor. Describe un sistema biodegradable de microagujas diseñado para liberar medicamentos a un ritmo casi constante durante al menos 30 días.
Los dos enfoques responden a calendarios de tratamiento diferentes. La vacunación puede requerir dosis distintas separadas por días o semanas, mientras que el tratamiento del dolor puede necesitar un aporte constante. Ambos utilizan la estructura y la descomposición de un material para controlar cuándo queda disponible el medicamento.
Materiales que ayudan a reparar huesos y cartílagos
El laboratorio de Nguyen también estudia estructuras biodegradables que generan señales eléctricas. La propiedad pertinente es la piezoelectricidad: un material produce una pequeña carga eléctrica cuando se comprime, se dobla o se somete a otro tipo de esfuerzo mecánico.
Para las lesiones graves de huesos largos, como el fémur y la tibia, el equipo está desarrollando un andamio biológico, una estructura temporal destinada a favorecer la reparación. Su material puede producir pulsos eléctricos diseñados para estimular la curación en zonas donde el proceso natural de reparación del organismo podría tener dificultades.
Un proyecto financiado por los NIH con 2,1 millones de dólares se destinó a investigar cómo mejorar la curación de lesiones importantes en huesos largos. El andamio combina soporte físico con estimulación eléctrica, en lugar de actuar únicamente como una estructura pasiva.
Un trabajo relacionado publicado en 2022 utilizó nanofibras de poli(ácido L-láctico), o PLLA, para favorecer la regeneración del cartílago en articulaciones dañadas. El movimiento, como caminar, ejerce fuerza sobre el material y produce señales eléctricas débiles cuyo objetivo es estimular las células que participan en la reparación de los tejidos.
El cartílago y los huesos requieren estrategias de reparación distintas. El enfoque de ingeniería común consiste en dar a un material temporal una función biológica útil y permitir después que se descomponga a medida que el tejido se recupera.
Ultrasonido diseñado para ayudar a que los medicamentos lleguen al cerebro
La investigación de Nguyen sobre el cáncer cerebral aplica materiales biodegradables a otro problema complejo de administración de medicamentos. A muchos medicamentos les cuesta llegar al tejido cerebral porque la barrera hematoencefálica, un límite estrictamente controlado alrededor de los vasos sanguíneos, restringe lo que puede atravesarla.
Su equipo ha desarrollado pequeños chips flexibles de ultrasonido destinados a implantarse cerca del tejido cerebral. Los dispositivos producen ondas sonoras diseñadas para ayudar a que los medicamentos de quimioterapia entren en el cerebro y lleguen a las células cancerosas. El enfoque propuesto permitiría realizar sesiones de tratamiento repetidas antes de que el implante se descomponga.
Una subvención de los NIH de 2,16 millones de dólares financia investigaciones destinadas a mejorar la quimioterapia mediante tecnología biodegradable de ultrasonido. Un dispositivo que desaparece una vez concluido el tratamiento podría evitar al paciente otra intervención para retirarlo.
El trabajo sobre ultrasonido se basa en el interés previo del laboratorio por la electrónica temporal. En 2018, Nguyen y sus colegas desarrollaron un sensor con un material biodegradable relacionado con las suturas quirúrgicas reabsorbibles. El dispositivo estaba diseñado para transmitir información de forma inalámbrica y luego descomponerse, integrando la monitorización y su eventual eliminación en el diseño del mismo material.
Un proyecto de la pandemia más allá de los implantes
Durante la pandemia de COVID-19, el equipo de Nguyen exploró si sus membranas de polímeros biodegradables también podían servir como filtros para mascarillas. En enero de 2021, el grupo describió un prototipo cuyo objetivo era acercarse al rendimiento de filtración de las mascarillas N95 y permitir su esterilización y reutilización.
El filtro propuesto utilizaba una membrana piezoeléctrica capaz de generar un pequeño voltaje cuando el aire la atravesaba. Los investigadores estudiaron si ese efecto eléctrico podía ayudar a capturar partículas, además de la acción de filtrado físico de la membrana.
Nguyen dijo que el laboratorio estaba midiendo la filtración, ajustando las condiciones de fabricación y comparando el material con mascarillas médicas convencionales y respiradores N95. El equipo también describió pruebas de esterilización con calor y presión o con ultrasonido, manteniendo las propiedades piezoeléctricas de la membrana.
En enero de 2021, el proyecto se encontraba en la fase de investigación y desarrollo del producto, y se estudiaba su comercialización. Durante el mismo periodo, el laboratorio exploraba parches de vacunas contra la COVID-19. El experimento publicado sobre el parche programable utilizó la vacuna antineumocócica Prevnar-13.
Qué abarcan la financiación y los reconocimientos
Las cifras de financiación reflejan varias partes del programa de investigación de Nguyen. En octubre de 2024, cuatro subvenciones R01 de los NIH sumaban más de 9,5 millones de dólares. Una subvención R01 es un importante mecanismo de los NIH para financiar un proyecto de investigación definido.
Tres subvenciones específicas incluyeron 2,1 millones de dólares para la reparación de huesos largos, 1,5 millones para la tecnología de microagujas y 2,16 millones para el ultrasonido biodegradable destinado al tratamiento del cáncer cerebral. La Fundación Gates aprobó dos subvenciones por un total de 6,6 millones de dólares para desarrollar parches capaces de administrar varias dosis de vacunas.
La financiación citada de los NIH y la Fundación Gates sumó unos 16,1 millones de dólares, aproximadamente el 64 % de los 25 millones de dólares que, según Connecticut, Nguyen consiguió para la institución tras incorporarse a la universidad. La cifra de 25 millones abarca el conjunto más amplio de la financiación que ha obtenido en la institución.
Su elección en 2024 como miembro sénior de la Academia Nacional de Inventores lo situó en un grupo de 124 personas de 60 instituciones. En conjunto, los integrantes de ese grupo tenían más de 1.000 patentes estadounidenses y habían licenciado o comercializado más de 340 tecnologías.
La distinción de miembro sénior reconoce la invención, la obtención de patentes, la transferencia de tecnología y la formación de futuros inventores. Entre los demás reconocimientos de Nguyen figuran el premio al Ingeniero Joven Destacado en Fabricación de la SME de 2018, su inclusión entre los jóvenes innovadores de la región de Asia-Pacífico y su selección entre los jóvenes destacados de Vietnam en 2019.
En todos estos proyectos, el objetivo práctico es el mismo: reducir las citas repetidas, ayudar a que los medicamentos lleguen a objetivos difíciles y lograr que los implantes temporales desaparezcan una vez que hayan cumplido su función. El estudio de la vacuna ofrece un ejemplo concreto de ese objetivo en animales, mientras que el programa más amplio aplica las mismas ideas de ingeniería de materiales a la reparación, la monitorización y el tratamiento.
Puntos clave
- Nguyen Duc Thanh se incorporó a la Universidad de Connecticut en 2016 y se convirtió en profesor asociado en 2022.
- Su parche de vacunas programable administró dosis de Prevnar-13 en momentos establecidos a ratas y produjo respuestas inmunitarias similares a las de las inyecciones repetidas.
- Su laboratorio también estudia materiales biodegradables para reparar huesos y cartílagos, sensores temporales y dispositivos de ultrasonido para administrar medicamentos en el cerebro.
- En octubre de 2024, la financiación citada de los NIH y la Fundación Gates sumaba unos 16,1 millones de dólares; Connecticut cifró en 25 millones la financiación más amplia para su investigación.
- Nguyen fue elegido miembro sénior de la Academia Nacional de Inventores en 2024.
- El uso habitual del parche de vacunas programable en personas sigue siendo un objetivo de desarrollo.
