Inaktivovat patogeny s energicky chudými elektrony

Pro efektivnější, rychlejší a ekologičtější výrobní proces vakcín získali cenu Fraunhofer »Technik für den Menschen und seine Umwelt«: Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey a Martin Thoma (zleva na pravou). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / Uděleno ocenění Joseph von Fraunhofer za vývoj výrobního procesu vakcín, který je rychlejší, efektivnější a šetrnější k životnímu prostředí: Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey a Martin Thoma (zleva na pravou). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Chemikáliemi zdarma, bezpečnější a rychlejší výroba vakcín pomocí použití elektronových paprsků. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / Použití elektronových paprsků zajišťuje, že výroba vakcín je rychlejší, spolehlivější a bez chemikálií. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Vakcíny jsou v současnosti velkým nadějným prvkem. Nakonec by měly pomoci vybavit společnost proti COVID-19 a otevřít cestu zpět k normálnímu životu. Ačkoliv je nyní jasný hlavní zaměření na koronavirus – vakcíny proti jiným patogenům jsou rovněž zásadní. Výzkumný tým ze tří institutů Fraunhofer nyní vyvinul efektivnější, rychlejší a ekologičtější výrobu vakcín ve srovnání s běžnou výrobou – a za to získal cenu Fraunhofer „Technika pro člověka a jeho životní prostředí“.

Metody výroby vakcín jsou známy již desetiletí. Nový postup výroby inaktivovaných „mrtvých vakcín“ však umožňuje v budoucnu vyrábět vakcíny nejen rychleji, ale také ekologičtěji, efektivněji a levněji než dosud. Jménem svých týmů byli Dr. Sebastian Ulbert a Dr. Jasmin Fertey z Fraunhoferova institutu pro buněčnou terapii a imunologii IZI z Lipska, Frank-Holm Rögner z Fraunhoferova institutu pro organickou elektroniku, elektronové paprsky a plazmatickou techniku FEP z Drážďan, a Martin Thoma z Fraunhoferova institutu pro výrobní technologie a automatizaci IPA ve Stuttgartu oceněni cenou Fraunhofer „Technika pro člověka a jeho životní prostředí“ 2021. Porota zdůraznila především „jednoduchou a efektivní metodu, která zachovává klíčové struktury důležité pro účinek vakcíny a úplně se vyhýbá chemickým přísadám.“

Zrychlené elektrony místo chemie: viry zabíjet během milisekund

Dosud výroba mrtvých vakcín spočívala v použití chemikálií: patogeny jsou skladovány s toxickými chemikáliemi, především formaldehydem – dokud není genetická informace virů zcela zničena a nemohou se dále množit. Tento proces se nazývá inaktivace. To však má několik problémů: Za prvé, chemikálie ničí také část povrchových struktur, které imunitní systém potřebuje k tvorbě protilátek. Navíc při výrobě vakcín ve velkém množství vznikají velké množství toxických chemikálií, což představuje výzvu pro bezpečnost práce a zatěžuje životní prostředí. A podle viru může trvat týdny, někdy i měsíce, než jsou viry skutečně „zabity“.

Nový přístup týmu Fraunhofer se těchto nevýhod úplně vyhýbá. „Místo inaktivace virů pomocí toxických chemikálií je nyní ozařujeme elektrony,“ vysvětluje Ulbert. „Vnější vrstvy virů zůstávají téměř úplně nedotčené, nemáme žádné chemikálie, které by bylo třeba likvidovat, a celý proces trvá jen několik sekund.“ Výzvou bylo: elektrony mohou proniknout pouze několik set mikrometrů do kapalin, přičemž ztrácejí energii. Aby bylo možné spolehlivě zabít viry plovoucí v kapalině pomocí elektronů, nesmí být vrstva kapaliny silnější než asi 100 mikrometrů – a musí být rovnoměrně transportována. „Proto bylo zapotřebí náročné technické zařízení, a proto jsme oslovili Fraunhofer IPA,“ říká Rögner.

Cesta k průmyslové aplikaci

Ve Fraunhofer IPA vyvinul Martin Thoma hned dva přístupy k řešení této výzvy. „Modul sáčku je vhodný pro předběžné pokusy s menším množstvím, zatímco rolovací modul je výhodnější pro větší objemy,“ popisuje diplomovaný fyzik. Na tomto zařízení zkoumala Fertey mimo jiné chřipkové, Zika a herpes viry, stejně jako řadu bakterií a parazitů, které byly pomocí sáčkového a rolovacího modulu s cíleně urychlenými elektrony ošetřovány. „Všechny třídy patogenů jsme úspěšně a bezpečně inaktivovali,“ raduje se biologka.

Prototyp byl dokončen v roce 2018, uveden do provozu ve Fraunhofer IZI a dále rozvíjen. Již v následujícím roce získal tým výzkumníků licenčního partnera a smluvně zajistil licenční příjmy ve výši téměř jednoho milionu eur. Za přibližně pět až sedm let by mohly být výroby modulů velikosti ledničky integrovány do farmaceutické výroby a vyrábět vakcíny – rychle, ekologicky a efektivně.