Bumubuo ang Vietnamese scientist na si Nguyen Duc Thanh ng mga nabubulok na kagamitang medikal, sinuportahan ng $25 milyon na pondo sa pananaliksik

Iskedyul ng bakuna na nakapaloob sa isang maliit na patch

Naghahatid ang isang patch na sinubukan sa mga daga ng mga dosis ng Prevnar-13, isang bakuna laban sa pneumococcal bacteria, sa mga itinakdang pagitan mula ilang araw hanggang mahigit isang buwan. Nagkaroon ang mga hayop ng mga tugon ng immune system na katulad ng sa mga nakatanggap ng ilang iniksyon at nakaligtas sila sa isang nakamamatay na pagsubok gamit ang bacteria. Nangunguna sa gawaing ito si Nguyen Duc Thanh, isang Vietnamese scientist na ang pananaliksik sa University of Connecticut ay nakahikayat ng milyun-milyong dolyar para sa mga kagamitang medikal na idinisenyong matunaw matapos magampanan ang tungkulin ng mga ito.

Kilala sa mga publikasyong siyentipiko bilang Thanh D. Nguyen, nagtatrabaho ang associate professor sa larangan ng mechanical engineering, biomedical engineering at materials science. Kabilang sa kanyang mga proyekto ang mga patch para sa bakuna, mga estrukturang nilayong tumulong sa paggaling ng mga sirang buto, at mga nabubulok na ultrasound device na idinisenyong tulungan ang mga gamot sa chemotherapy na makarating sa mga tumor sa utak.

Ayon sa University of Connecticut, nakakuha siya ng $25 milyon na pondo sa pananaliksik para sa institusyon mula nang sumali siya rito noong 2016. Kabilang sa mga bilang ng pondo na inilathala pagsapit ng Oktubre 2024 ang mahigit $9.5 milyon mula sa apat na grant na NIH R01 at $6.6 milyon mula sa dalawang grant na inaprubahan ng Bill & Melinda Gates Foundation.

Pinag-uugnay ng pangunahing ideya ang ilang suliraning medikal na tila magkakaiba: bumuo ng materyal na nagdadala ng gamot, lumilikha ng signal na elektrikal o gumagawa ng ultrasound, at pagkatapos ay hinahayaang matunaw ito sa katawan. Para sa mga pasyente, kabilang sa mga nilalayong pakinabang ang mas kaunting pagpunta sa klinika para magpabakuna at ang pag-iwas sa operasyon para alisin ang implant.

Ang pinakadetalyadong nailathalang ebidensya ay tungkol sa patch para sa bakuna. Si Nguyen ang kaukulang awtor ng pag-aaral sa bakunang microneedle, na inilathala online noong Nobyembre 23, 2020, sa Nature Biomedical Engineering at isinama sa tomo nito para sa 2021. Sinubukan sa mga daga ang teknolohiyang ito; layunin pa lamang sa pag-unlad ang paggamit nito sa karaniwang pagbabakuna sa mga tao.

Mula Da Nang hanggang sa laboratoryo sa Connecticut

Ipinanganak si Nguyen noong 1984 sa Da Nang, sa gitnang Vietnam. Nag-aral siya ng pisika sa Le Quy Don High School for the Gifted bago pumasok sa piling programa sa engineering physics ng Hanoi University of Science and Technology.

Matapos magtapos noong 2007, nakatanggap siya noong 2008 ng iskolarsip mula sa Vietnam Education Foundation para mag-aral ng doktorado sa Princeton University. Tinapos niya ang doktorado noong 2013 at nagpatuloy bilang postdoctoral researcher sa Massachusetts Institute of Technology.

Mula sa mekanika at aerospace engineering, lumipat ang kanyang landas pang-akademiko tungo sa teknolohiyang biomedical. Sa Connecticut, kung saan sumali siya sa mga departamento ng mechanical at biomedical engineering noong 2016, bumuo siya ng laboratoryong nagsasaliksik sa mga biomaterial, gamot, bakuna, regenerative medicine at maliliit na kagamitang medikal. Naging associate professor siya noong 2022.

Sinusubaybayan ng ilang petsa ang pag-unlad ng gawaing ito:

• 2017: Ginawaran si Nguyen ng NIH Trailblazer Award para sa mga batang mananaliksik.
• 2018: Iniulat ng kanyang laboratoryo ang teknolohiya ng nabubulok na piezoelectric polymer para sa mga medikal na aplikasyon.
• Nobyembre 23, 2020: Inilathala online ang pag-aaral sa programmable vaccine patch.
• Agosto 30, 2022: Iginawad ang patent para sa core-shell microneedle na ipinangalan kina Nguyen at Khanh Tran.
• 2024: Nahalal si Nguyen bilang Senior Member ng National Academy of Inventors.

Paano mapapalitan ng isang patch ang ilang pagbisita

Kasinglaki ng dulo ng hinlalaki ang vaccine patch ni Nguyen at naglalaman ito ng daan-daang maliliit na karayom. Sa halip na gumamit ng karaniwang hiringgilya para iturok nang magkakahiwalay ang bawat dosis, naglalagay ito ng maliliit na pakete ng bakuna sa balat sa iisang paglalagay.

May ubod na naglalaman ng bakuna ang bawat microneedle at panlabas na balot na yari sa nabubulok na polymer na tinatawag na poly(lactic-co-glycolic acid), o PLGA. Ginagawa at inaayos ng mga mananaliksik ang maliliit na bahaging ito upang mailabas ng mga balot na magkakaiba ang bilis ng pagkabulok ang laman ng mga ito sa magkakaibang oras.

Layunin nitong maghatid ng sunod-sunod na dosis sa itinakdang oras, na kahawig ng magkakahiwalay na iniksyon. Maaaring mailabas ang isang dosis matapos ang maikling paghihintay, habang mananatiling nakabalot ang isa pa hanggang sa bandang huli. Binabago ng disenyo at mga katangian ng materyal ng balot ang iskedyul ng paglalabas ng dosis.

Ipinaliwanag ni Nguyen, na noo'y assistant professor ng engineering sa Connecticut, ang nilalayong pakinabang nito para sa mga pasyente:

Hindi na kailangang tandaan ng pasyente ang iskedyul ng pagbabakuna," sabi ni Nguyen. "Hindi na nila kailangang magpalagay muli ng patch para paulit-ulit na makatanggap ng mga bakuna.

Gumamit ang pag-aaral sa mga daga ng Prevnar-13 laban sa Streptococcus pneumoniae. Mahalaga ang paghahambing nito sa paulit-ulit na iniksyon dahil layunin nitong mapanatili ang proteksiyon habang binabawasan ang dami ng pagbalik ng isang tao para magpagamot.

Ano ang maaaring idulot ng mas kaunting pagbisita

Maaaring kailangang mag-ayos ng masasakyan, lumiban sa trabaho at bumalik sa klinika sa magkakaibang petsa nang ilang ulit ang mga pamilyang malayo ang tirahan sa klinika upang makumpleto ang serye ng bakuna. Maaaring mabawasan ng patch na may sarili nitong iskedyul ng dosis ang mga biyahe at ang posibilidad na hindi makuha ang susunod na dosis.

Kabilang ang pamamaraan ni Nguyen sa mas malawak na larangan ng pananaliksik sa microneedle. Gumagawa si Mark Prausnitz, direktor ng Center for Drug Design, Development and Delivery ng Georgia Tech, ng mga patch para sa influenza at tigdas. Ipinaliwanag niya na kayang lampasan ng maiikling karayom ang manipis na panlabas na harang ng balat nang hindi nangangailangan ng haba ng karaniwang karayom pang-iniksyon.

Maaari ring gawing mas madali ng ilang pormulasyon ng microneedle ang pamamahagi ng bakuna sa pamamagitan ng pagbawas sa pag-asa sa pagpapalamig. Nakadepende sa bakuna at pormulasyon ng patch ang kakayahan nitong maimbak, kaya kailangang subukan nang hiwalay ang bawat iminungkahing produkto. Para sa programmable patch ni Nguyen, mahalagang bahagi ng nilalayong paggamit nito ang maaasahang iskedyul ng paglalabas at pagpapanatili sa bisa ng bakuna habang iniimbak ito.

Itinuro ni Darin Zehrung, pinuno ng programa sa medical devices at health technologies sa PATH, na kabilang sa mga praktikal na hamon para sa vaccine patch ang pangako ng industriya, kakayahang gumawa nang maramihan at makatwirang presyo. Nagbibigay ng ebidensya mula sa mga hayop ang nailathalang gawain ni Nguyen para sa nakatakdang paghahatid ng dosis; kailangan din ang pagpapaunlad sa pagmamanupaktura at mga klinikal na pagsubok upang maging malawakang ipamahagi ang disenyo bilang produktong medikal.

Pinalalawak ng mga patent ang plataporma sa paghahatid ng gamot

Naghain sina Nguyen at kapwa imbentor na si Khanh Tran ng aplikasyon para sa patent ng core-shell microneedle noong Marso 5, 2019. Iginawad ang patent ng US na 11,426,570 noong Agosto 30, 2022, at itinalaga ang University of Connecticut bilang may-ari nito.

Inilalarawan ng imbensyon ang mga nabubulok na karayom na maaaring maiwan sa balat at maglabas ng kontroladong dami ng gamot o bakuna sa matitinding bugso sa mga oras na mahuhulaan. Inihain noong Hulyo 22, 2022 ang kaugnay na aplikasyon na ipinangalan din sa parehong mga imbentor.

Isa pang aplikasyon, na inihain noong Setyembre 28, 2021, ang ipinangalan kina Nguyen at Nicholas Farrell at may kinalaman sa tuluy-tuloy na paghahatid ng gamot para sa paggamot ng pananakit. Inilalarawan nito ang isang sistema ng nabubulok na microneedle na nilayong maglabas ng gamot sa halos pare-parehong bilis sa loob ng hindi bababa sa 30 araw.

Magkakaiba ang iskedyul ng paggamot na tinutugunan ng dalawang pamamaraan. Maaaring mangailangan ang pagbabakuna ng magkakahiwalay na dosis na may pagitan ng mga araw o linggo, samantalang maaaring kailanganin sa paggamot ng pananakit ang tuluy-tuloy na suplay ng gamot. Pareho nilang ginagamit ang estruktura at pagkabulok ng materyal upang kontrolin kung kailan nagiging available ang gamot.

Mga materyal na tumutulong sa pagkukumpuni ng buto at kartilago

Nagsasaliksik din ang laboratoryo ni Nguyen sa mga nabubulok na estrukturang lumilikha ng mga signal na elektrikal. Piezoelectricity ang tawag sa katangiang ito: lumilikha ang materyal ng maliit na singil na elektrikal kapag pinipisil, ibinabaluktot o sumasailalim sa iba pang puwersang mekanikal.

Para sa malulubhang pinsala sa mahahabang buto gaya ng femur at tibia, bumubuo ang pangkat ng biyolohikal na scaffold, isang pansamantalang balangkas na nilayong sumuporta sa pagkukumpuni. Kayang lumikha ng materyal nito ng mga pulso ng kuryente na idinisenyong pasiglahin ang paggaling sa mga bahaging maaaring mahirapang kumpunihin ng sariling proseso ng katawan.

Naglaan ang isang proyektong NIH ng $2.1 milyon para sa pananaliksik na naglalayong mapabuti ang paggaling ng malalaking pinsala sa mahahabang buto. Pinagsasama ng scaffold ang pisikal na suporta at elektrikal na pagpapasigla sa halip na magsilbi lamang na pasibong balangkas.

Gumamit naman ang kaugnay na gawaing iniulat noong 2022 ng mga nanofiber na yari sa poly-L-lactic acid, o PLLA, upang suportahan ang pagbabagong-buhay ng kartilago sa mga napinsalang kasukasuan. Naglalapat ng puwersa sa materyal ang paggalaw, gaya ng paglalakad, at lumilikha ito ng mahihinang signal na elektrikal na nilayong pasiglahin ang mga selulang may papel sa pagkukumpuni ng tisyu.

Nangangailangan ng magkaibang estratehiya sa pagkukumpuni ang kartilago at buto. Iisa ang pangkalahatang pamamaraan sa engineering: bigyan ng kapaki-pakinabang na biyolohikal na tungkulin ang pansamantalang materyal, saka hayaang matunaw ito habang gumagaling ang tisyu.

Idinisenyo ang ultrasound upang tulungang makarating ang mga gamot sa utak

Gumagamit ang pananaliksik ni Nguyen sa kanser sa utak ng mga nabubulok na materyal upang tugunan ang isa pang mahirap na suliranin sa paghahatid ng gamot. Maraming gamot ang nahihirapang makarating sa tisyu ng utak dahil nililimitahan ng blood-brain barrier, isang mahigpit na kontroladong hangganan sa paligid ng mga daluyan ng dugo, kung ano ang maaaring makalusot dito.

Bumuo ang kanyang pangkat ng maliliit at nababaluktot na ultrasound chip na nilayong itanim malapit sa tisyu ng utak. Lumilikha ang mga device ng sound wave na idinisenyong tumulong sa pagpasok ng mga gamot sa chemotherapy sa utak upang makarating ang mga ito sa mga selula ng kanser. Nilalayong suportahan ng paraang ito ang paulit-ulit na sesyon ng paggamot bago matunaw ang implant.

Sinusuportahan ng $2.16 milyong grant ng NIH ang pananaliksik na naglalayong mapahusay ang chemotherapy sa pamamagitan ng teknolohiya ng nabubulok na ultrasound. Makaiiwas ang pasyente sa isa pang pamamaraan para alisin ang device kung kusa itong mawawala matapos ang paggamot.

Nagmula ang gawaing ultrasound sa naunang interes ng laboratoryo sa pansamantalang electronics. Noong 2018, bumuo si Nguyen at mga kasamahan niya ng sensor gamit ang nabubulok na materyal na ginagamit sa mga tahi sa operasyon na natutunaw. Dinisenyo ang device upang magpadala ng impormasyon nang wireless at pagkatapos ay matunaw, kaya pinagsasama ng iisang disenyo ng materyal ang pagsubaybay at tuluyang pagkawala nito.

Proyekto noong pandemya na higit pa sa mga implant

Noong pandemya ng COVID-19, sinuri ng pangkat ni Nguyen kung maaari ring gamiting pansala ng maskara ang mga lamad nito na gawa sa nabubulok na polymer. Noong Enero 2021, inilarawan ng pangkat ang isang prototype na nilayong makalapit sa antas ng pagsasala ng N95 habang natitiis ang isterilisasyon at muling paggamit.

Gumamit ang iminungkahing pansala ng piezoelectric membrane na maaaring lumikha ng maliit na boltahe kapag dumadaloy ang hangin dito. Sinuri ng mga mananaliksik kung makatutulong ang epektong elektrikal na ito sa pagsalo ng mga partikulo, bukod pa sa pisikal na pagsasala ng lamad.

Ayon kay Nguyen, sinusukat ng laboratoryo ang pagsasala, inaayos ang mga kundisyon sa pagmamanupaktura at inihahambing ang materyal sa mga karaniwang medikal na maskara at N95 respirator. Inilarawan din ng pangkat ang mga pagsubok sa isterilisasyon gamit ang init at presyon o ultrasound habang pinananatili ang mga katangiang piezoelectric ng lamad.

Nasa yugto ng pananaliksik at pagpapaunlad ng produkto ang proyekto noong Enero 2021, at pinag-iisipan noon ang komersiyalisasyon nito. Kasabay nito, sinasaliksik ng laboratoryo ang mga vaccine patch para sa COVID-19. Prevnar-13, ang bakuna laban sa pneumococcal bacteria, ang ginamit sa inilathalang eksperimento sa programmable patch.

Saan nakalaan ang pondo at pagkilala

Saklaw ng mga bilang ng pondo ang ilang bahagi ng programa ng pananaliksik ni Nguyen. Pagsapit ng Oktubre 2024, umabot sa mahigit $9.5 milyon ang kabuuan ng apat na NIH R01 grant. Isa ang R01 sa mga pangunahing mekanismo ng NIH para pondohan ang isang tiyak na proyektong pananaliksik.

Kabilang sa tatlong tinukoy na grant ang $2.1 milyon para sa pagkukumpuni ng mahahabang buto, $1.5 milyon para sa teknolohiya ng microneedle at $2.16 milyon para sa nabubulok na ultrasound na nakatuon sa paggamot ng kanser sa utak. Inaprubahan ng Gates Foundation ang dalawang grant na nagkakahalaga ng kabuuang $6.6 milyon upang bumuo ng mga patch na kayang maghatid ng maraming sangkap ng bakuna.

Umabot sa humigit-kumulang $16.1 milyon ang kabuuang pondong binanggit mula sa NIH at Gates Foundation, o mga 64% ng $25 milyong sinasabing nakuha ni Nguyen para sa Connecticut matapos siyang sumali sa unibersidad. Saklaw ng halagang $25 milyon ang mas malawak niyang tala ng pagpopondo sa institusyon.

Nahalal siya noong 2024 bilang Senior Member ng National Academy of Inventors, kasama sa pangkat na binubuo ng 124 katao mula sa 60 institusyon. Sama-samang may hawak ang mga miyembro ng pangkat na iyon ng mahigit 1,000 patent sa US at nakapaglisensiya o nakapagkomersiyal ng mahigit 340 teknolohiya.

Kinikilala ng titulong Senior Member ang paglikha ng imbensyon, pagkuha ng patent, paglilipat ng teknolohiya at pagsasanay sa mga susunod na imbentor. Kabilang sa iba pang parangal ni Nguyen ang SME Outstanding Young Manufacturing Engineer Award noong 2018, pagkilala bilang isa sa mga batang innovator sa rehiyon ng Asia Pacific at pagpili sa kanya bilang isa sa mga natatanging kabataan ng Vietnam noong 2019.

Iisa ang praktikal na layunin ng mga proyekto: bawasan ang paulit-ulit na pagpunta sa klinika, tulungang makarating ang gamot sa mga bahaging mahirap abutin at hayaang mawala ang mga pansamantalang implant kapag natapos na ng mga ito ang tungkulin. Nagbibigay ng kongkretong halimbawa sa mga hayop ang pag-aaral sa bakuna, habang inilalapat naman ng mas malawak na programa ang parehong mga ideya sa engineering ng materyal sa pagkukumpuni, pagsubaybay at paggamot.

Mahahalagang Punto

• Sumali si Nguyen Duc Thanh sa University of Connecticut noong 2016 at naging associate professor noong 2022.
• Naghahatid ang kanyang programmable vaccine patch ng mga dosis ng Prevnar-13 sa itinakdang mga oras sa mga daga, at nagdudulot ito ng mga tugon ng immune system na katulad ng sa paulit-ulit na iniksyon.
• Nagsasaliksik din ang kanyang laboratoryo sa mga nabubulok na materyal para sa pagkukumpuni ng buto at kartilago, mga pansamantalang sensor at mga ultrasound device para sa paghahatid ng gamot sa utak.
• Pagsapit ng Oktubre 2024, umabot sa humigit-kumulang $16.1 milyon ang binanggit na suporta mula sa NIH at Gates Foundation; tinaya naman ng Connecticut sa $25 milyon ang mas malawak na pondo sa pananaliksik para kay Nguyen.
• Nahalal si Nguyen bilang Senior Member ng National Academy of Inventors noong 2024.
• Layunin pa lamang sa pag-unlad ang karaniwang paggamit ng kanyang programmable vaccine patch sa mga tao.