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Injeção a laser: O novo método de injeção livre de agulhas

Injeção a laser: O novo método de injeção livre de agulhas

23 de julho de 2021, aguardava trêmula na fila de vacinação do COVID-19. Mas não tremia por ansiedade como os demais e sim, por medo. Eu que deixei de me vacinar há anos por medo de agulha, hoje fui obrigada pelo meu marido a vir até o postinho enfrentar a injeção... Comum em 3-4% na população mundial (1), o relato anterior foi o principal motivo de 11,5% de indivíduos que hesitaram em se vacinar contra o SARS-CoV-2 no Reino Unido (2).

Atualmente, as vacinas são frequentemente injetadas via intramuscular, entretanto, para maximizar a sua eficácia, devem ter como alvo as células de Langerhans (3). As células de Langerhans estão localizadas principalmente na epiderme e são células dendríticas, que reconhecem o vírus invasor ou a vacina, apresentando esse antígeno para o sistema imune. Por esse motivo, as vacinas injetadas próximas a essas células são mais eficientes, e a dose necessária pode ser reduzida por um fator de cinco a dez (3) em relação às injeções intramusculares. 

Ainda como um método menos eficiente, por fornecer uma única dose nas camadas mais profundas na pele, os injetores livres de agulha a jato  dependem de uma mola comprimida ou gás como fonte de energia para deslocar um pistão, que empurra o líquido através de um pequeno orifício, resultando em um jato rápido que pode penetrar na pele (3). Uma desvantagem desse método é que a capacidade de ajuste da quantidade de energia de entrada para deslocar o líquido é limitada. Por esta razão, a maioria desses injetores só pode criar jatos dentro de uma pequena faixa de volume e de velocidade do jato (4). Assim, injeções confiáveis ​​na epiderme, ou mesmo na parte superior da derme, são um desafio no uso desses injetores, devido à consequência de injetar grandes volumes em um único ponto (3).

Para aprimorar o método a fim de alcançar camadas mais superficiais da pele, desde 2010, os injetores baseados a laser começaram a ser desenvolvidos e continuam sendo pesquisados. Existem dois tipos de laser, o pulsado e o contínuo. 

Injetor de laser pulsado

O primeiro a ser lançado, o laser pulsado ​​geralmente fornece uma energia relativamente alta para o dispositivo em femto (um quadrilionésimo de microssegundo) a microssegundos, o que resulta em uma densidade de potência muito alta. Em densidades de alta potência ocorre a quebra óptica, que é a ionização do meio devido à absorção não linear, derivando na formação de um plasma (6). Este plasma então absorve a energia e  resulta na formação de uma bolha de vapor (7), que cresce explosivamente. Essa bolha desloca o restante do líquido, resultando em um jato microfluídico rápido e capaz de penetrar na pele.

Até o momento, esta técnica mostrou ser capaz de criar jatos de volumes muito pequenos (<1nL a 2 µL) e profundidades de penetração na faixa de µm a mm em hidrogéis e em pele suína (3) Entretanto, devido a alta potência, esses lasers pulsados ​​ultracurtos são muito caros, grandes em tamanho e limitados em disponibilidade(3). 

Injetor de Laser de onda contínua

Ao contrário dos lasers pulsados, os lasers de onda contínua têm uma potência de saída muito menor e por isso, não promovem a ruptura óptica. Devido à sua baixa potência, os lasers CW são normalmente mais acessíveis em comparação com os lasers pulsados (3). Além disso, como não requerem resfriamento ativo, são muito menores em tamanho.

Por essas razões, os lasers contínuos podem ser um dispositivo portátil de baixo custo, que permite o uso em ambientes de poucos recursos, como campanhas de vacinação em países em desenvolvimento ou uso pessoal de insulina(3). Contudo, a controlabilidade das características do jato ainda é limitada e requer maior compreensão da transferência de energia dos lasers CW para a bolha e o jato(3).

Benefícios práticos no uso de injetores a jato  

  • São mais superficiais;

  • Promovem menos dor e hematomas;

  • Maior precisão de volume; 

  • Maior área de superfície do líquido injetado; 

  • Melhor controle de concentração dentro da janela terapêutica, podendo distribuir as injeções por um período de tempo maior.

  • Redução do custo de na produção de dose e aplicação de vacinas. 

 

Sobre a redução do custo, a dose necessária para injeção intradérmica é pelo menos cinco vezes menor do que para injeção intramuscular da vacina contra a febre amarela (9), influenza (10) e raiva (11). Resultados preliminares da Universidade de Leiden sobre o imunizante da Moderna para o COVID-19 indicam que a dose da injeção intradérmica de um décimo para um quinto da dose intramuscular resulta em uma resposta imune suficiente (12). Além disso, descobriu-se que a administração intradérmica de vacinas de mRNA alcançou uma neutralização mais forte do pseudovírus SARS-CoV-2 e induziu mais rapidamente anticorpos IgM do que em comparação com a administração intramuscular (13).
 

Limitações

Hiroshi Miyazak, pesquisador em Tokio, e seus colaboradores (14) testaram injetores a jato e observaram uma grande quantidade de respingo (>50%), isso é um problema, pois resulta em um volume entregue imprevisível e risco de contaminação pelo profissional aplicador (3). Além disso, o artigo da Science (3) reitera que a estabilidade dos compostos terapêuticos no injetável deve ser assegurada, que as medições de temperatura mostraram um aumento limitado na temperatura e que estudos mostraram que várias biomoléculas não foram afetadas pela fase de aquecimento e jato. No entanto, para completar, esses estudos devem ser repetidos para cada biomolécula relevante e para parâmetros de injeção (3). 

 

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REFERÊNCIAS 

  1. Ab Latif Wani, Anjum Ara, Sajad Ahmad Bhat, Blood injury and injection phobia: The neglected oneBehav. Neurol., 2014 (2014), 10.1155/2014/471340

  2. Daniel Freeman, Sinead Lambe, Ly Mee Yu, Jason Freeman, Andrew Chadwick, Cristian Vaccari, Felicity Waite, Laina Rosebrock, Ariane Petit, Samantha Vanderslott, Stephan Lewandowsky, Michael Larkin, Stefania Innocenti, Helen McShane, Andrew J. Pollard, Bao Sheng Loe, Injection fears and COVID-19 vaccine hesitancy,  Psychol. Med. (2021), 10.1155/2014/471340

  3. Jelle Schoppink, David Fernandez Rivas, Jet injectors: Perspectives for small volume delivery with lasers,Advanced Drug Delivery Reviews,Volume 182,2022,114109,ISSN 0169-409X, https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.114109.

  4. Abdul Mohizin, Jung Kyung Kim, Current engineering and clinical aspects of needle-free injectors: A review. In J. Mech. Sci. Technol. (2018), 10.1007/s12206-018-1121-9

  5. Tae Hee Han, Jack J Yoh, A laser based reusable microjet injector for transdermal drug delivery, J. Appl. Phys. (2010), 10.1063/1.3430989

  6. Paul K. Kennedy, Daniel X. Hammer, Benjamin A. Rockwell, Laser-induced breakdown in aqueous media, Prog. Quantum Electron., 21 (3) (1997), pp. 155-248, 10.1016/S0079-6727(97)00002-5

  7. Alfred Vogel, J. Noack, K. Nahen, D. Theisen, S. Busch, U. Parlitz, D.X. Hammer, G.D. Noojin, B.A. Rockwell, R. Birngruber, Energy balance of optical breakdown in water at nanosecond to femtosecond time scales In: Appl. Phys. B Lasers Opt. (1999), 10.1007/s003400050617

  8. Paul Delrot , Sylvain P. Hauser , Jan Krizek , Christophe Moser Depth-controlled laser-induced jet injection for direct three-dimensional liquid delivery, In: Appl. Phys. A Mater. Sci. Process.,124 ( 9 ) ( 2018 ) , pág. 616 , 10.1007/s00339-018-2030-6

  9. Anna H. Roukens, Ann C. Vossen, Peter J. Bredenbeek, Jaap T. van Dissel, Leo G. Visser, Intradermally Administered Yellow Fever Vaccine at Reduced Dose Induces a Protective Immune Response: A Randomized Controlled Non-Inferiority Trial., PLoS One, 3 (2008), p. 4, 10.1371/journal.pone.0001993

  10. Jenny L. Schnyder, Cornelis A. De Pijper, Hannah Garcia. Garrido, Joost G. Daams, Abraham Goorhuis, Cornelis Stijnis, Frieder Schaumburg, Martin P. Grobusch, Fractional dose of intradermal compared to intramuscular and subcutaneous vaccination - A systematic review and meta-analysis, Travel Medicine and Infectious Disease (2020), p. 101868, 10.1016/j.tmaid.2020.101868

  11. Julian Hickling, Rebecca Jones, Intradermal delivery of vaccines. Tech. rep. 2009.

  12. Geert V.T. Roozen, Margaretha L.M. Prins, Robert Samuel, Gerco van Binnendijk, Vincent P. den Hartog, Corine Prins Kuiper, Jacqueline J. Janse, Annelieke C. Kruithof, Ma-riet C.W. Feltkamp, Marjan Kuijer, Frits R. Roosendaal, Meta Roestenberg, Leo Visser, Anna Roukens, Tolerability, Safety and Immunogenicity of Intradermal Delivery of a Fractional Dose mRNA -1273 SARS-CoV-2 Vaccine in Healthy Adults as a Dose Sparing Strategy, In: SSRN Electron. J. (2021), pp. 1-18, 10.2139/ssrn.3892129

  13. Hai Huang, Caili Zhang, Shuping Yang, Xiao Wen, Zheng Qian, Xiangrong Song, The investigation of mRNA vaccines formulated in liposomes administrated in multiple routes against SARS-CoV-2, J. Control. Release, 335 (2021), pp. 449-456, 10.1016/j.jconrel.2021.05.024

  14. Hiroshi Miyazaki, Shingo Atobe, Takamasa Suzuki, Hiromitsu Iga, Kazuhiro Terai, Development of Pyro-Drive Jet Injector With Controllable Jet Pressure, J. Pharm. Sci. (2019), 10.1016/j.xphs.2019.02.021

 

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