Miért nincs elég vakcina?

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Az utóbbi hetekben sorra jöttek a hírek arról, hogy nincs elegendő koronavírus elleni oltóanyag. Németországban attól tartanak, hogy ez az állapot tíz hétig is eltarthat, Párizsban és környékén február elejétől kezdve felfüggesztették az első oltások beadását, Spanyolországban számos régióban kénytelenek január végétől kezdve két hétig szüneteltetni az oltást, és az Európai Unió folyamatosan hadban áll az AstraZenecával, amely gyártási problémákra hivatkozva késlekedik a szerződésben ígért mennyiségek leszállításával. Az EU azzal vádolta meg a céget, hogy belgiumi és holland gyáraiból az Egyesült Királyságba irányította át a szállításait, de az első vizsgálatok azt mutatják, hogy a vállalatnak tényleg gondjai akadtak az oltóanyag-előállítással. A Pfizer és a Moderna ugyancsak küszködik azzal, hogy megfelelő mennyiségben gyártsák le vakcináikat. 

Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) koronavírusügyi különmegbízottja, Dr. David Nabarro vasárnap kijelentette, a jelenleg tapasztalható vakcinahiány még hónapokig eltarthat. De ha a vakcinát ilyen gyorsan, kevesebb mint egy év alatt sikerült kifejleszteni, akkor miért nem tudnak a már meglévő vakcinákra átállítani annyi gyógyszergyárat, hogy a lehető legnagyobb mennyiségű oltóanyagot lehessen gyártani a lehető legrövidebb idő alatt?

A türelem vakcinát terem

Szakértők szerint a rövid válasz a kérdésre az, hogy az oltóanyag-gyártás folyamata nagyon bonyolult és hosszadalmas, az egyes gyógyszerek tömegtermeléséhez specifikus alapanyagok, eljárások és eszközök kellenek, ezek kiépítése pedig azt az erőforrást feltételezi, amelyből jelenleg mindenkinek a legkevesebb van: időt.

Arról korábban írtunk, hogy mennyi tényező együttállásának kellett megtörténnie ahhoz, hogy ilyen rövid idő alatt a Pfizer/BioNTech, a Moderna vagy az Oxford/AstraZeneca és más, mára már több országban engedélyezett vakcina fejlesztési projektjét sikerre lehessen vinni: a géntechnológiától kezdve a mesterséges intelligencián át a kutatásra költött dollármilliárdokig számos összetevő segítette a kutatók útját a SARS-CoV-2 vírus genomszekvenciájának tavaly januári publikálásától az első vakcina engedélyeztetéséig. A világ néhány nagy gyógyszercégének bele is tört a bicskája a folyamatba: a francia Sanofi, a brit GlaxoSmithKline, az amerikai székhelyű Merck & Co. (MSD) január végén gyakorlatilag kiszálltak a vakcinafejlesztési versenyből. 

Sőt, a Sanofi bejelentette, hogy mivel saját oltóanyagának engedélyeztetési folyamata 2021 utolsó negyedévére tolódik, ez év nyarától kezdve 125 millió adagot gyárt le frankfurti gyárában vetélytársa, a Pfizer/BioNTech vakcinájából. Egyelőre annyi tudható, hogy a Sanofi a gyártás utolsó fázisaiba kapcsolódik majd be, mindenesetre az már a tervekből is világosan látszik, hogy még a kész vakcinák ampullákba töltéséhez és csomagolásához is hónapokig tartó előkészületekre van szükség. A gyógyszeripar más szereplői is elkezdték mozgósítani erőforrásaikat, ezek bevetésére azonban szintén hónapokat kell várnunk. Február elején például a Novartis is bejelentette, hogy ugyancsak a Pfizer/BioNTech mRNS-alapú oltóanyagának ampullákba töltésére és csomagolására állítja át egyik svájci telephelyét, valószínűleg ez év nyarától kezdve. A német Bayer pedig azt vizsgálja, hogyan tudna beszállni a CureVac ugyancsak hírvivő RNS-alapú vakcinája gyártásába. A cég vezetése úgy tervezi, hogy 2022-ben 161 millió dózist gyártanak le az oltóanyagból. 

De miért is kell ennyit várni, hogy egy-egy gyárat be lehessen vonni a Pfizer/BioNTech, a Moderna vagy a CureVac előállításába? Derek Lowe, amerikai gyógyszerkutató a Science Magazinban közzétett cikkében és Jonas Neubert blogján írta le részletesen, milyen lépésekből áll a hírvivő RNS-alapú oltóanyagok előállítása és az egyes pontokon milyen tényezők nehezítik a termelést. Az egyszerűség kedvéért a kutatók eltekintettek a más technológiával készülő vakcinák részletezésétől, valamint a vakcina előállításában szerepet játszó, egyes komponensekhez kapcsolódó, kutatás-fejlesztési kérdésektől is, adottnak véve ezek meglétét. 

Első lépés: gyártsd le a megfelelő DNS-szakaszt

Nem sok jóra számíthat, aki otthon, saját konyhájában állítaná elő az oltóanyagot. A Pfizer és a Moderna is többféle helyszínt használ arra, hogy vakcinát varázsoljon a hozzávalókból. Ezen kívül az egész folyamatot a folyamatos tisztítás és minőségellenőrzés kíséri, hogy a gyártók megbizonyosodhassanak arról, hogy tényleg azt állítják elő, amit szeretnének, és hogy minden alkalommal ugyanazoknak a specifikációknak feleljenek meg, mint először. Szóval első lépésként baktériumtenyészetekben, általában E.coli baktériumokban előállítják a DNS-szakaszt, amely azt a szekvenciát tartalmazza, amelyről a hírvivő RNS másolatot készít, hogy majd ennek segítségével később a sejtek előállíthassák saját tüskefehérjéjüket a koronavírus tüskefehérjéjének mintájára.

A Pfizer körülbelül 230 ezer négyzetméteres Saint Louis-i laboratóriumában és gyárában a kutatók apró áramütésekkel lyukakat ütnek az E.coli baktériumok sejthártyáján és az olyan beszállítóktól származó DNS-mintákat, mint a Twist Bioscience vagy az Integrated DNA Technologies, belehelyezik a sejtekbe. Ezek a tenyészetek hatalmas, rozsdamentes acéltartályokban nőnek, és lehetővé teszik, hogy 4-5 nap alatt a tüskefehérje genetikai anyaga megsokszorozódjon. A folyamat végén a fejlesztők elpusztítják és felnyitják a sejteket egy olyan purifikációs eljárással, amely során közel másfél hét alatt kinyerik a tüskefehérjét kódoló, gyűrű alakú DNS-molekulákat, az úgynevezett plazmidokat. Ezután a kutatók megfelelően olvasható DNS-szakaszokra vágják ezeket, és grammonként üvegekbe csomagolják, lefagyasztják, majd Németországba vagy a massachusettsi Andoverbe szállítják.

A Pfizernek olyannyira életbevágó, hogy késedelem nélkül juttathassa célba az alapanyagokat a következő gyártási szakaszba, hogy ennek érdekében időnként még a céges helikoptert és repülőgépet is beveti. A Moderna nem saját maga oldja meg ezeknek a DNS-plazmidok ipari termelését, ami ebben az esetben néhány grammnyit jelent, hanem a svájci Lonza cégnek szervezte ki. Szakértők szerint az oltóanyag-gyártás ezen lépése mindenesetre viszonylag jól bejáratott biotechnológiai eljárásokat jelent, és a termelés fokozása más cégek bevonásával megoldható lenne, szóval alapvetően nem a DNS-gyártáson múlik a vakcinahiány.

Második lépés: állítsd elő a hírvivő RNS-t 

A Pfizer egyrészt Andoverben, másrészt a BioNTech létesítményeiben, például a németországi Idar-Oberstein és Marburg területén, a Moderna pedig Svájcban állítja elő a DNS-szakaszokból a kívánt hírvivő RNS-t. Ez a gyártási szakasz már nem olyan bevett biotechnológiai folyamat, mint a DNS-plazmid-előállítás, mivel a koronavírus elleni vakcina jelenti az első alkalmat, amikor RNS-t használnak egy védőoltás alapanyagaként. Így habár a DNS RNS-sé konvertálásának folyamatát mára jól értik a kutatók, annak gyakorlata, hogy ezt egy gyárban, tömegesen és hosszú ideig eltarthatóan állítsák elő, továbbra is fejlesztés alatt áll. 

Ebben a lépésben a DNS-t nukleotidokkal és DNS-dependens RNS-polimerázzal kombinálják, és bizonyos esetekben speciális, az mRNS-t védő enzimekkel. A kutatók ezt követően a purifikált mRNS-t speciális műanyagtasakokba töltik és lefagyasztják. A táskák, amelyek körülbelül egy nagyobb méretű bevásárlószatyornak felelnek meg, 5-10 millió dózisnyi vakcinára elegendő mRNS-t tartalmaznak. A Pfizernél ezeket a tasakokat mindaddig nem olvasztják ki, amíg a következő lépéshez mindent elő nem készítettek, ugyanis onnantól kezdve, hogy az mRNS-t kiolvasztják, 72 óra áll a gyártók rendelkezésére, különben az egész mehet a kukába.

Az RNS-gyártás felpörgetéséhez a folyamatba olyan vállalatokat lehetne bevonni, mint például az amerikai Alnylam, Lowe szerint ez azonban még egyáltalán nem garantálná, hogy a végén több vakcinánk lenne, az igazán szűk keresztmetszetet ugyanis a gyártás negyedik lépése jelenti, a lipid nanorészecske összeállítása, amelybe a hírvivő RNS-t be kell csomagolni ahhoz, hogy az emberi szervezetbe juthasson.

Harmadik lépés: készítsd el a lipid nanorészecske összetevőit

Mivel az mRNS-t önmagában nem lehet bejuttatni a sejtekbe, a kutatók egy lipid nanorészecskébe csomagolják a tüskefehérjét kódoló genetikai örökítőanyagot. Ehhez különféle apró összetevőkre, zsírszerű anyagokra, vagyis lipidekre van szükség. A Moderna és a Pfizer/BioNTech vakcinái négyféle lipidet tartalmaznak, ezek közül vannak, amelyek könnyen előállíthatók (koleszterin), és vannak, amelyek kevésbé, például a pozitív töltésű lipidek, amelyek a negatív töltésű mRNS-t segítenek stabilizálni.

A Pfizer/BioNTech a Croda nevű brit cégtől szerzi be a lipideket, amelynek talán lehetne növelni a kapacitását és más gyártók is bevonhatóak lennének a folyamatba, viszont elsősorban nem a lipidek előállításán múlik a vakcinagyártás csúszása.

Negyedik lépés: állítsd össze az mRNS-t és a lipideket nanorészecskévé

A folyamat legnehezebb része a hírvivő RNS és a lipidek egyetlen lipid nanorészecskévé történő összeállítása. A Moderna ezt házon belül végzi, míg a Pfizer/BioNTech-duó egyrészt a Pfizer kalamazoo-i gyárában, másrészt Európában. Ehhez a kutatók a mikrofluidika vívmányait használják, olyan speciális eszközöket, amelyek segítségével a folyadék nagyon apró áramlási csatornákon folyik keresztül, lehetővé téve az igen pontos vegyítést és időzítést mikroszkopikus méretekben is. Lowe szerint egy efféle precíziós eszköz számos, nagyon apró méretű reaktortartályt foglal magába, amelyek egymással párhuzamosan futnak és nagyon pontosan meghatározott időzítéssel folynak át rajtuk az mRNS-molekulák és a különböző lipidek. Ehhez az áramlási sebességet, a koncentrációt, a hőmérsékletet, a reaktortartályok méretét, alakját és még számos paramétert kontrollálni kell.

Ezek olyan speciális precíziós eszközök, amelyekből más gyógyszergyáraknak biztosan nincsen raktáron, ennek a gyártási lépésnek ugyanis kevés köze van a hagyományos gyógyszer-előállításhoz. A szakértők szerint tehát ez a legfőbb oka annak, hogy más gyógyszeripari vállalatok miért nem tudják egyik napról a másikra átállítani termelésüket a hírvivő RNS-alapú vakcinák gyártására. Habár talán mindössze egy tucatnyi vállalat képes az RNS-előállításra, Lowe szerint egy kezünkön meg tudjuk számolni azokat a létesítményeket, amelyek képesek a lipid nanorészecskék összeállítására. Ez nem jelenti azt, hogy ne lehetne több ilyen precíziós gépet építeni, de egyelőre a Pfizer, a BioNtech, a Moderna és a CureVac valószínűleg lefedik az eszköz-előállítási kapacitást is. 

Ötödik és hatodik lépés: vegyítsd a lipid nanorészecskéket további összetevőkkel és töltsd ampullákba az eredményt

Utolsó simításként a gyógyszergyártók a vakcina pH-értékének stabilizálására foszfátpuffer-oldatot, valamint sóoldatot és szacharózt adnak az oltóanyaghoz, majd elkezdik ampullákba tölteni. A két milliméteres üvegampullákat ezután tálcákra helyezik, amelyeket a Pfizer/BioNTech vakcina esetén 25 kg-os szárazjég-darabokkal kirakott dobozokba raknak, hogy megvédjék őket a kiolvadástól. Ezen kívül minden dobozba GPS-szel ellátott hőmérő kerül, hogy biztosítsák az oltóanyag tárolásához szükséges, mínusz 70 Celsius-fokos hőmérsékletet.

A kapacitásokat tekintve a Pfizer kalamazoo-i gyárában percenként közel 600 ampullát tudnak megtölteni. Ezen kívül a gyártás utolsó fázisait a Pfizer jelenleg Belgiumban, a BioNTech Németországban és Svájcban végzi, a Moderna pedig különféle amerikai és európai cégeknek, például a Catalentnek, a Rovinak és a Recipharmnak szervezte ki az oltások csomagolását. A gyártásnak ez az a területe, ahol a szereplők számára már hónapokkal korábban világos volt, hogy fel kell készülni a nagy mennyiségű oltóanyag-gyártásra, ez pedig óriási fellendülést hozott az ampullagyártásban, de ugyanez jellemzi a csomagolóanyagok, sőt a tálcák vagy a szárazjég előállítását is. Ez az a terület, ahol a kapacitások még tovább bővíthetőek, és ahol a legtöbb gyógyszergyár a legegyszerűbben be tudna szállni a gyártásba.

Mindent összevetve a DNS-előállítástól az ampullák megtöltéséig néhány hét telik el, ha minden összetevő rendelkezésre áll, minden precíziós eszköz rendesen működik és a folyamatba semmilyen hiba nem csúszik. A Moderna első COVID-19 oltását például a vakcinatervezéstől számított 42 napon belül küldte meg az amerikai Nemzeti Egészségvédelmi Intézethez bevizsgálásra ahhoz, hogy elkezdhessék az első fázisú klinikai vizsgálatokat. Miután pedig a DNS-szakaszból néhány hét múlva oltóanyag lesz, elkezdődik a logisztikai hercehurca: hatalmas fagyasztó létesítményekről szállítják el a kész vakcinákat fagyasztó kamionokban vagy repülőgépekkel a kisebb elosztóhelyekre, majd az oltópontokra. A fenti folyamatból világosan látszik, hogy a koronavírus elleni vakcina előállítása időt, szakértelmet és speciális eszközöket igényel, amelyeket képtelenség egyik napról a másikra előteremteni, és akkor még nem beszéltünk a különféle összetevők előállítási és beszerzési nehézségeiről. 

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: