Американские ученые вакцинировали свиней от полиовируса, добавив в вакцину коллоидные квантовые точки — микрогранулы, которые могут испускать инфракрасные лучи. Гранулы оставались в коже животных по меньшей мере 9 месяцев и не вызвали раздражения.

Авторы работы предлагают применять эту технологию на людях, чтобы таким образом фиксировать историю прививок прямо в коже каждого пациента. Работа опубликована в журнале Science Translational Medicine.

Несмотря на общепризнанную пользу вакцин, они работают эффективно только тогда, когда их применение четко зафиксировано. Важно, чтобы врач всегда знал, какой перед ним пациент — привитый или нет.

От этого зависит не только, будут ли его прививать повторно, но и то, как его будут лечить и от каких других пациентов изолировать. Считается, что трудности с документацией характерны чаще всего для стран со слабо развитой медициной, однако после недавних вспышек кори и паротита («свинки») в США, Австралии и Италии стало понятно, что это проблема гораздо более крупного масштаба.

Кевин Макхью (Kevin McHugh) из Массачусетского технологического института вместе с коллегами предложил записывать историю прививок непосредственно в теле человека, чтобы избавить врачей от необходимости вести документацию. Исследователи предположили, что вместе с собственно вакциной можно вводить под кожу человека какие-то метки, которые будут сохраняться там годами, не принося вреда здоровью.

В качестве первого кандидата на роль такой метки ученые рассматривали флуорофоры — органические вещества, способные светиться. Их вводили в человеческую кожу (полученную с трупов), а сверху светили ярким солнечным светом. Оказалось, что флуорофоры не выдерживают света и разлагаются при интенсивности света, которая соответствует нескольким неделям пребывания на солнце.

Поэтому исследователи переключились на неорганические вещества. Они попробовали использовать коллоидные квантовые точки — это нанокристаллы полупроводника, которые состоят из ядра и оболочки, и могут испускать волны разной длины в зависимости от состава и соотношения слоев. Ученые использовали ядра из меди, индия и серы, а оболочку — из алюминия и сульфида цинка. Им удалось откалибровать наночастицы так, чтобы они излучали в инфракрасном диапазоне. Затем их проверили на обесцвечивание: после дозы солнечного света, которая аналогична пяти годам жизни на солнце, наночастицы сохранили около 13 процентов своей первоначальной интенсивности свечения.

Затем ученые заключили наночастицы в полимерные капсулы, которые не вызывают иммунного отторжения в коже. Для укола они предложили использовать растворимые микроиглы. А чтобы идентифицировать кристаллическую метку в коже, авторы собрали простую конструкцию из инфракрасного диода, который светит на кожу, и смартфона, в котором фильтр, ограничивающий инфракрасный свет, заменили на фильтр, пропускающий только инфракрасный свет.

Фотографии кожи свиньи (сверху) и человека (снизу), сделанные на обычный смартфон (слева) и оборудованный фильтрами для инфракрасного света (справа) / McHugh et al. / Sci Transl Med, 2019

Эффективность своей системы ученые проверили на свиньях, которым вводили нанокристаллические метки вместе с вакциной от полиовируса. Внешне животные не выглядели раздраженными после укола. На гистологических препаратах кожи исследователи заметили только минимальные следы реакции на инородное тело: в тканях размножались макрофаги, но не образовывали вокруг места укола фиброзной капсулы, как бывает при отторжении. Результат самой прививки тоже не изменился от соседства с нанокристаллической меткой: количество антител к полиовирусу в крови животных не отличалось (p = 1) от контрольной группы свиней, которых прививали обычной иглой.

Исследователи не стали ждать 5 лет, чтобы проверить сохранность гранул в коже животных, но по крайней мере 9 месяцев спустя они обнаружили светящиеся частицы на своих местах.Авторы работы отмечают, что их имитация солнечного света может не полностью соответствовать реальному количеству света, которое получает человеческая кожа, но они рассчитывают, что их разработка сможет упростить задачу ведения медицинской документации.