Energiarich elektronokkal inaktiválni a kórokozókat

Egy hatékonyabb, gyorsabb és környezetbarátabb vakcinagyártási eljárásért megkapják a Fraunhofer-díjat „Technika az emberért és környezetéért”: Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey és Martin Thoma (balról jobbra). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / Az Joseph von Fraunhofer-díjat a gyorsabb, hatékonyabb és környezetkímélőbb vakcinagyártási folyamat kidolgozásáért kapják: Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey és Martin Thoma (balról jobbra). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Vegyszerektől mentes, biztonságos és gyorsabb vakcinagyártás elektronnyalábok alkalmazásával. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / Az elektronnyalábok használata biztosítja, hogy a vakcinagyártás gyorsabb, megbízható és vegyszerektől mentes legyen. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

A vakcinák jelenleg nagy reménysugarak. Végül is segítenek felkészíteni a társadalmat a COVID-19 ellen, és megnyitni az utat a normális élethez. Bár jelenleg egyértelműen a koronavírusra összpontosítanak – de a vakcinák más kórokozók ellen is alapvetőek. Egy három Fraunhofer-intézetből álló kutatócsoport most kifejlesztett egy hatékonyabb, gyorsabb és környezetbarátabb vakcina-előállítási módszert – és ezért elnyerte a Fraunhofer díjat „Technika az emberért és környezetéért”.

A vakcina-előállítás módjai már évtizedek óta ismertek. Azonban egy új eljárással az inaktivált „halott vakcinák” gyártása nemcsak gyorsabbá, hanem környezetbarátabbá, hatékonyabbá és költséghatékonyabbá válhat a korábbiakhoz képest. A csapatuk nevében Dr. Sebastian Ulbert és Dr. Jasmin Fertey a Leipzigi Zellterápia és Immunológia Fraunhofer Intézettől, Frank-Holm Rögner a Dresden-i Organikus Elektronika, Elektronsugár- és Plazmatechnika Fraunhofer Intézettől, valamint Martin Thoma a Stuttgarti Gyártástechnika és Automatizálás Fraunhofer Intézettől vehette át a „Technika az emberért és környezetéért” díjat 2021-ben. A zsűri különösen hangsúlyozza „az egyszerű és hatékony módszert, amely nagymértékben megőrzi a vakcina hatásához szükséges struktúrákat, és teljes mértékben elkerüli a többlet kémiai adalékokat”.

Gyorsított elektronok a kémia helyett: vírusok millimásodpercek alatt elpusztítva

Eddig a halott vakcinák gyártása kémiai anyagokon alapult: A kórokozókat mérgező vegyszerekkel, főként formaldehiddel tartották – amíg a vírus örökítő anyaga teljesen el nem pusztult, és nem tudtak többé szaporodni. Ezt inaktivációnak nevezik. Ez azonban több szempontból problémás: egyrészt a vegyszer károsítja a vírus külső struktúráit, amelyek az immunrendszer számára szükségesek az antitestek képzéséhez. Emellett a gyártás során nagy mennyiségű mérgező vegyszert használnak, ami kihívást jelent a munka- és környezetvédelem számára. És: vírusfüggően akár hetekbe, sőt hónapokba telhet, mire a vírusokat valóban „elpusztítják”.

A Fraunhofer szakértői csapat új megközelítése ezeket a hátrányokat kiküszöböli. „A vírusokat mérgező vegyszerek helyett elektronokkal inaktiváljuk” – magyarázza Ulbert. „A vírus külső burka szinte teljesen megmarad, nincs szükségünk vegyszerekre, és az egész folyamat csupán néhány másodpercig tart.” A kihívás az volt: az elektronok csak néhány száz mikrométer mélyen hatolhatnak be a folyadékba, miközben energiájuk folyamatosan csökken. Ahhoz, hogy a folyadékban úszó vírusokat megbízhatóan elpusztítsuk, a folyadékréteg nem lehet vastabb 100 mikrométernél – és egyenletesen kell szállítani. „Ehhez speciális berendezéstechnikára volt szükség, ezért vontuk be a Fraunhofer IPA-t” – meséli Rögner.

Az ipari alkalmazás felé vezető út

A Fraunhofer IPA-nál Martin Thoma két megközelítést dolgozott ki a kihívás megoldására. „A tasakmodul alkalmas megalapozó próbákhoz, a tekercsmodul nagyobb mennyiségekhez” – írja a diplomás fizikus. Ezen az eszközön vizsgálta többek között influenza-, Zika- és herpeszvírusokat, valamint számos baktériumot és parazitát, amelyeket a tasak- és tekercsmodullal célzottan gyorsított elektronokkal kezeltek. „Minden kórokozócsoportot sikeresen és biztonságosan inaktiváltunk” – örül a biológus.

A prototípust 2018-ban készítették el, üzembe helyezték a Fraunhofer IZI-nál, és továbbfejlesztették. Már a következő évben a kutatócsoport szerzett licencpartnert, és szerződéses licenztöbbletet biztosított közel egymillió euró értékben. Körülbelül öt-tíz éven belül a hűtőszekrény méretű gyártási modulokat be lehetne integrálni a gyógyszeripari termelésbe, és gyors, környezetbarát és hatékony vakcinákat gyártani – gyorsan, környezetbarát módon és hatékonyan.