将疫苗接种时间表装进一枚微型贴片
一款在大鼠身上测试的贴片能够按预设间隔释放肺炎球菌疫苗Prevnar-13，间隔从几天到一个多月不等。实验动物产生的免疫反应与接受多次注射的动物相近，并在致死性细菌攻击中存活。该研究由越南科学家Nguyen Duc Thanh主导。他在康涅狄格大学开展的研究已吸引数百万美元资金，致力于开发完成使命后可自行消失的医疗器械。
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在科学出版物中，Nguyen以Thanh D. Nguyen之名发表研究。他是副教授，研究涉及机械工程、生物医学工程和材料科学。他的项目包括疫苗贴片、旨在帮助受损骨骼愈合的结构，以及可降解超声器械，旨在帮助化疗药物抵达脑肿瘤。
康涅狄格大学表示，Nguyen于2016年加入该校，此后为学校带来2500万美元科研经费。截至2024年10月公开的经费数据显示，他获得了美国国立卫生研究院（NIH）4项R01资助，金额超过950万美元；还获得比尔及梅琳达·盖茨基金会批准的两项资助，共660万美元。
这些看似不同的医疗问题背后，有一个共同思路：制造一种材料，让它能够携带药物、产生电信号或发出超声波，然后在体内逐渐分解。对患者而言，预期益处包括减少疫苗接种次数，以及免去手术取出植入物。
目前，关于这款疫苗贴片最详尽的已发表证据来自一项研究。Nguyen是这项微针疫苗研究的通讯作者。研究于2020年11月23日在《自然·生物医学工程》在线发表，并收录于该刊2021年卷。研究在大鼠身上测试了这项技术；将其用于人群常规接种仍是未来研发目标。
从岘港到康涅狄格的实验室
Nguyen于1984年出生在越南中部城市岘港。他先后就读于黎贵惇重点高中物理专业，以及河内科技大学工程物理专业人才培养项目。
2007年毕业后，他于2008年获得越南教育基金会奖学金，前往普林斯顿大学攻读博士学位。他于2013年获得博士学位，随后在麻省理工学院从事博士后研究。
他的学术道路从力学和航空航天工程逐步转向生物医学技术。2016年，他加入康涅狄格大学机械工程和生物医学工程系，并组建实验室，研究生物材料、药物、疫苗、再生医学和微型医疗器械。2022年，他晋升为副教授。
以下几个日期展现了相关研究的发展历程：
- 2017年：Nguyen获得NIH青年研究人员Trailblazer奖。
- 2018年：他的实验室报告了用于医疗领域的可降解压电聚合物技术。
- 2020年11月23日：可编程疫苗贴片研究在线发表。
- 2022年8月30日：一项由Nguyen和Khanh Tran署名的核壳结构微针专利获批。
- 2024年：Nguyen当选美国国家发明家科学院高级会员。
一枚贴片如何替代多次就诊
Nguyen的疫苗贴片约有拇指指尖大小，内含数百根微针。它不使用传统注射器逐次接种，而是在一次贴敷中将多个小型疫苗剂量包送入皮肤。
每根微针的核心含有疫苗，外层则由一种名为聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）的可降解聚合物制成。研究人员通过制造并排列这些微型结构，使外壳降解速度不同的微针在不同时间释放内容物。
设计目标是分阶段释放疫苗，效果类似分别进行多次注射。一个剂量可以在短暂延迟后释放，另一个则继续封装，直到更晚才释放。改变外壳设计和材料特性，就能改变释放时间表。
当时任康涅狄格大学工程学助理教授的Nguyen解释了这项技术对患者的预期好处：
Nguyen说：“患者不必记住疫苗接种时间表，也不必为了反复接种而再次贴上贴片。”
大鼠研究使用了针对肺炎链球菌的Prevnar-13疫苗。将贴片与多次注射进行比较具有现实意义，因为这项技术的实际目标是在维持保护效果的同时，减少患者必须返回接受治疗的次数。
减少就诊次数意味着什么
住在诊所较远地区的家庭，可能需要安排交通、请假，并在不同日期多次返回，才能完成疫苗接种。如果贴片能够自行按计划释放剂量，就有望减少往返次数，也降低错过后续剂量的可能性。
Nguyen的方法属于更广泛的微针研究领域。佐治亚理工学院药物设计、开发与递送中心主任Mark Prausnitz曾研究流感和麻疹疫苗贴片。他解释说，短微针能够穿过皮肤薄薄的外层屏障，无需使用传统注射针那么长的针头。
某些微针配方还可能减少对冷藏的依赖，从而简化疫苗配送。疫苗的储存性能取决于具体疫苗和贴片配方，因此每种拟开发产品都需要单独测试。对Nguyen的可编程贴片而言，确保剂量按时释放，以及疫苗在储存期间保持稳定，都是实现预期用途的关键。
PATH医疗器械与卫生技术项目负责人Darin Zehrung指出，产业界的投入、规模化生产和合理成本，都是疫苗贴片面临的现实挑战。Nguyen发表的研究提供了定时递送的动物实验依据；要将设计转化为广泛使用的医疗产品，还需要推进生产和临床研发。
专利拓展药物递送平台
Nguyen与共同发明人Khanh Tran于2019年3月5日提交核壳结构微针专利申请。美国专利11,426,570于2022年8月30日获批，专利受让方为康涅狄格大学。
该发明描述了一种可降解微针，能够嵌入皮肤，并在可预测的时间点以短促的释放脉冲释放定量药物或疫苗。两位发明人还于2022年7月22日提交了另一项相关申请。
另一项申请于2021年9月28日提交，发明人包括Nguyen和Nicholas Farrell，内容涉及用于疼痛治疗的持续药物递送。该申请描述了一种可降解微针系统，旨在以近乎恒定的速率持续至少30天释放药物。
这两种方法适用于不同的治疗时间安排。疫苗接种可能需要间隔几天或几周分别给药，而疼痛治疗可能需要持续供药。两者都利用材料的结构和降解过程，控制药物何时释放。
助力骨骼和软骨修复的材料
Nguyen的实验室还研究能够产生电信号的可降解结构。相关特性称为压电性：材料受到挤压、弯曲或其他机械应力时会产生微弱电荷。
针对股骨和胫骨等长骨的严重损伤，团队正在开发一种生物支架，即用于支持修复过程的临时框架。支架材料能够产生电脉冲，旨在促进那些人体自身修复能力可能难以应对的部位愈合。
NIH的一项项目拨款210万美元，用于研究如何改善严重长骨损伤的愈合。该支架将物理支撑与电刺激结合起来，而非仅仅充当被动框架。
2022年发表的相关研究使用聚左旋乳酸（PLLA）纳米纤维，支持受损关节的软骨再生。行走等活动会对材料施加作用力并产生微弱电信号，旨在促进参与组织修复的细胞活动。
软骨和骨骼需要采用不同的修复策略。共同的工程思路是赋予临时材料有益的生物功能，然后在组织恢复的过程中让材料逐渐分解。
用超声帮助药物抵达大脑
Nguyen的脑癌研究将可降解材料应用于另一项棘手的药物递送难题。许多药物难以抵达脑组织，因为血脑屏障会严格控制血管周围哪些物质能够通过。
他的团队开发了小型柔性超声芯片，设计用于植入脑组织附近。这些器械会产生声波，旨在帮助化疗药物进入大脑并抵达癌细胞。该方案拟在植入物分解前支持患者接受多次治疗。
NIH拨款216万美元，支持旨在利用可降解超声技术改进化疗的研究。治疗结束后可自行消失的器械，有望免去患者再次手术将其取出的负担。
超声研究建立在实验室对临时电子器件的早期探索之上。2018年，Nguyen及其同事开发了一种传感器，使用与可溶解手术缝线相关的可降解材料。该器件设计为能够无线传输信息，随后逐渐分解，将监测和最终移除纳入同一材料设计中。
超越植入物的疫情期间项目
新冠疫情期间，Nguyen的团队研究了可降解聚合物薄膜是否也能用作口罩滤材。2021年1月，该团队介绍了一款原型滤材，目标是接近N95口罩的过滤性能，同时耐受消毒并可重复使用。
拟议中的过滤材料使用压电薄膜，空气通过时薄膜能够产生微弱电压。研究人员探讨了这种电效应能否帮助捕获颗粒，同时也考察薄膜自身的物理过滤作用。
Nguyen表示，实验室正在测量过滤性能、调整制造条件，并将这种材料与传统医用口罩和N95口罩进行比较。团队还介绍了使用加热加压或超声进行消毒的测试，并评估薄膜能否保留压电特性。
2021年1月，该项目仍处于研究和产品开发阶段，团队正在考虑商业化。同一时期，实验室也在探索用于新冠疫苗的贴片。已发表的可编程贴片实验使用的是肺炎球菌疫苗Prevnar-13。
经费与荣誉所涵盖的研究
经费数据反映了Nguyen研究计划的多个部分。截至2024年10月，他获得的4项NIH R01资助总额超过950万美元。R01是NIH支持特定研究项目的主要资助类别之一。
其中三项明确列出的资助分别为：用于长骨修复的210万美元、用于微针技术的150万美元，以及用于脑癌治疗可降解超声技术的216万美元。盖茨基金会批准了两项总额为660万美元的资助，用于开发能够递送多种疫苗剂量的贴片。
上述NIH和盖茨基金会资助合计约1610万美元，约占康涅狄格大学所称Nguyen入职后为学校带来2500万美元科研经费的64%。2500万美元这一数字涵盖了他在该校获得的更广泛科研经费。
2024年，Nguyen当选美国国家发明家科学院高级会员，与他一同当选的还有来自60家机构的124人。这一届会员累计持有1000多项美国专利，超过340项技术已获授权或实现商业化。
高级会员称号旨在表彰发明、专利申请、技术转让以及培养未来发明家的工作。Nguyen还曾获得2018年美国制造工程师学会（SME）杰出青年制造工程师奖、亚太地区青年创新者相关荣誉，并于2019年入选越南杰出青年。
这些项目的实际目标一以贯之：减少重复就诊，帮助药物抵达难以触及的部位，并让临时植入物在完成使命后自行消失。疫苗研究通过动物实验展现了这一目标的具体应用，而更广泛的研究计划则将相同的材料工程理念用于修复、监测和治疗。
要点
- Nguyen Duc Thanh于2016年加入康涅狄格大学，并于2022年晋升为副教授。
- 他的可编程疫苗贴片在大鼠身上按时释放Prevnar-13剂量，产生的免疫反应与多次注射相近。
- 他的实验室还研究用于骨骼和软骨修复的可降解材料、临时传感器，以及用于脑部药物递送的超声器械。
- 截至2024年10月，报道所列NIH和盖茨基金会资助合计约1610万美元；康涅狄格大学称，他为该校带来的科研经费总额为2500万美元。
- Nguyen于2024年当选美国国家发明家科学院高级会员。
- 将他的可编程疫苗贴片用于人群常规接种，仍是未来研发目标。
