Met name voor mensen die in meer of mindere mate last hebben van prikangst, is dit een bijzonder geruststellende ontwikkeling.
Veel mensen kampen met een angst voor naalden. Een aanzienlijke 35 procent van de Nederlanders ervaart in verschillende mate prikangst. Eén op de duizend Nederlanders lijdt zelfs aan een extreme vorm en vermijdt elke prik. Het is echter van groot belang voor de gezondheid dat mensen bereid zijn om vaccinaties te ontvangen, die helaas meestal toch toegediend worden via een injectie. Gelukkig is er hoop voor mensen met prikangst. Want onderzoekers bestuderen nu of vaccins zonder naalden en pijnloos kunnen worden toegediend met behulp van… ultrasoon geluid.
Cavitatie
De methode betreft een geluidseffect genaamd ‘cavitatie’, wat inhoudt dat er belletjes ontstaan en knappen als reactie op geluidsgolven. “Geluid is eigenlijk niets meer dan veranderingen in druk,” legt onderzoeker Darcy Dunn-Lawless in gesprek met Scientias.nl uit. “Stel je voor dat je een gasbel hebt, omringd door vloeistof, die je vervolgens aan een geluidsgolf blootstelt. Op het moment dat de geluidsdruk laag is, zal de bel uitzetten, en wanneer de geluidsdruk hoog is, zal de bel samendrukken. Dit fenomeen noemen we een lichte vorm van cavitatie. In ons onderzoek maken we gebruik van belletjes die gevangen zitten in kleine, komvormige deeltjes en krachtige geluidsgolven waarbij de druk snel wisselt tussen zeer laag en zeer hoog. Door deze grote drukveranderingen ontstaat veel intensere cavitatie, waarbij de belletjes aanzienlijk uitzetten en vervolgens volledig instorten.”
Vaccins leveren
Nu hebben de onderzoekers een manier bedacht om door middel van cavitatie vaccins ‘naaldloos’ in het lichaam af te zetten. “We maken daarvoor gebruik van de geconcentreerde uitbarstingen van mechanische energie die vrijkomen bij het instorten van bubbels,” zegt Dunn-Lawless. “Dit proberen we vervolgens op drie belangrijke manieren te benutten. Allereerst om doorgangen te creëren in de buitenste laag dode huidcellen, zodat vaccinemoleculen kunnen passeren. Ten tweede fungeert het als een soort pomp die de medicijnmoleculen door deze doorgangen duwt. En tot slot om de membranen rond de cellen zelf te openen, omdat bepaalde soorten vaccins de cel moeten binnendringen om effectief te zijn.” Belangrijk om te weten over deze instortingsgebeurtenissen is dat ze extreem krachtig zijn – het gas binnenin kan temperaturen bereiken van duizenden graden en de bubbelwanden bewegen zich sneller voort dan de geluidssnelheid. Daarnaast zijn de effecten van deze instortingen zeer kortdurend en beperkt tot een kleine zone rond de bubbel. “Deze combinatie maakt cavitatie tot een uitstekende manier om krachtige mechanische energie over te brengen naar een zeer specifiek gebied,” aldus Dunn-Lawless.
Kortom, de beschreven techniek maakt dus handig gebruik van ultrasone golven, vergelijkbaar met wat wordt gebruikt in echoapparaten. Echoapparaten gebruiken ultrasone golven om beelden te creëren van structuren in het lichaam, zoals organen of bloedvaten. In het geval van de beschreven vaccinatietechniek, worden krachtige ultrasone golven gebruikt om cavitatie te induceren en zo de aflevering van vaccins te verbeteren.
Hogere immuunrespons
Verbeteren inderdaad, want ondanks dat eerste tests lieten zien dat de cavitatiemethode 700 keer minder vaccinmoleculen afleverde dan een normale injectie, zorgde het verrassend genoeg toch voor een betere immuunreactie. De onderzoekers denken dat dit komt doordat de ultrasone levering zich richt op de huid, waar veel immuuncellen zijn, in plaats van op spieren waar normaal gesproken de injectie plaatsvindt. “De huid heeft veel meer immuunactiviteit dan spieren,” vertelt Dunn-Lawless. “Dat is evolutionair gezien ook logisch: de huid vormt de grens van het lichaam met de buitenwereld. Zelfs kleine schade aan de huid kan ziektekiemen binnenlaten, dus het immuunsysteem is extra actief in dit gebied. Daarom denken we dat het leveren van het vaccin door de huid beter is, omdat er een grotere kans is dat elk molecuul in wisselwerking staat met een immuuncel en beschermende immuniteit opwekt.” Er is echter nog een belangrijke manier waarop ultrasoon geluid de immuunrespons kan verbeteren. “We geloven dat de verbetering tevens te maken heeft met het vermogen van cavitatie om celmembranen te openen en vaccinemoleculen binnen te laten,” vervolgt Dunn-Lawless. “Dit is cruciaal voor het DNA-vaccinemodel dat we hebben gebruikt, omdat dit type vaccin alleen effectief is als het de celkern kan bereiken.” Het resultaat is een vaccin dat mogelijk efficiënter is, de kosten zou kunnen verlagen en de effectiviteit zou kunnen verhogen, met weinig risico op bijwerkingen.
Bij de dokter
Ondanks de veelbelovende bevindingen zal het nog wel even duren voordat we ons massaal zonder naald kunnen laten vaccineren. “Er zijn nog veel onbeantwoorde vragen over hoe cavitatie werkt bij deze vaccinatiemethode,” stelt Dunn-Lawless. “Wat is bijvoorbeeld de beste hoeveelheid cavitatie om de aflevering te verbeteren zonder schade aan weefsels te veroorzaken? Overmatige cavitatie kan namelijk leiden tot mechanische schade aan cellen en structuren. Er is echter overtuigend bewijs dat deze schade kan worden voorkomen door de blootstelling te beperken. Daarom is een cruciaal aspect van mijn onderzoek om nauwkeurig te bepalen waar deze veiligheidsdrempel ligt.”
Volgende stap
De volgende stap in het onderzoek is dan ook om de geluidsactiviteit te bestuderen die optreedt tijdens de vaccinlevering. “Daarna wil ik de resultaten gebruiken om een nieuw, verbeterd prototype van het ultrasone apparaat te ontwerpen,” zegt Dunn-Lawless. “Vervolgens willen we de levering van een echt vaccin testen bij dieren om te zien of de tot nu toe bereikte immuunresponsen daadwerkelijk bescherming bieden tegen ziekten. Dit zijn belangrijke stappen die we moeten doorlopen voordat we het op mensen gaan testen. Hoewel er nog aanzienlijk werk verzet moet worden voordat het zover is, streven we ernaar om binnen afzienbare tijd de eerste vaccinatie bij mensen in het kader van een klinische proef te realiseren. Dit zou een cruciale stap zijn om deze methode uiteindelijk beschikbaar te maken in dokterspraktijken.”
DNA-vaccins
De nieuwe cavitatiemethode kan vooral voordelig zijn voor DNA-vaccins, die op dit moment lastig te leveren zijn. “De belofte van vaccinatie zonder naald is natuurlijk aantrekkelijk, maar wat me nog meer enthousiast maakt, is het potentieel van deze techniek om op een efficiëntere manier immuniteit op te wekken, vooral voor DNA-vaccins,” meent Dunn-Lawless. “DNA-vaccins hebben veel positieve eigenschappen, zoals een relatief lage kostprijs en stabiliteit bij kamertemperatuur. Tot nu toe worden dergelijke vaccins nog niet veel gebruikt vanwege hun strikte leveringsvereisten: ze moeten de celkern binnendringen, wat betekent dat ze de celmembraan en het kernmembraan moeten passeren. Als onze verbeterde aflevermethode de voordelen van DNA-vaccins kan benutten, zou dit aanzienlijke invloed kunnen hebben op de toekomstige manier van vaccineren tegen ziekten.”
Hoewel er dus nog werk aan de winkel is, laten de onderzoekers met hun studie zien dat vaccineren met een simpel echoapparaat in de toekomst daadwerkelijk mogelijk kan zijn. En dat enkel door het gebruik van belletjes die ontstaan en klappen als reactie op geluidsgeloven. “Voor mij was het meest verrassende moment toen de resultaten bewezen dat deze techniek daadwerkelijk kan werken,” zegt Dunn-Lawless tot slot. “Het lijkt bijna ongelofelijk dat slechts een geluidsgolf en een paar bubbels in staat zijn om iets zo complex te bewerkstelligen.”
