Inattivare agenti patogeni con elettroni a bassa energia

Per un processo di produzione di vaccini più efficiente, più rapido e più rispettoso dell'ambiente, riceverete il Premio Fraunhofer «Tecnologia per l'uomo e il suo ambiente»: Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey e Martin Thoma (da sinistra a destra). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / Premiato con il Premio Joseph von Fraunhofer per lo sviluppo di un processo di produzione di vaccini più veloce, più efficiente e più rispettoso dell'ambiente: Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey e Martin Thoma (da sinistra a destra). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Produzione di vaccini senza sostanze chimiche, sicura e più rapida grazie all'uso di raggi elettronici. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / L'uso di fasci di elettroni garantisce che la produzione di vaccini sia più veloce, affidabile e priva di sostanze chimiche. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

I vaccini sono attualmente un grande portatore di speranza. Dopotutto, dovrebbero aiutare a preparare la società contro il COVID-19 e a spianare la strada verso una vita normale. Sebbene attualmente l'attenzione sia chiaramente rivolta al coronavirus – i vaccini contro altri agenti patogeni sono comunque fondamentali. Un team di ricercatori di tre istituti Fraunhofer ha sviluppato ora una produzione di vaccini più efficiente, più rapida e più ecologica rispetto alla produzione tradizionale – e riceve per questo il Premio Fraunhofer «Tecnologia per l'uomo e il suo ambiente».

Le vie per produrre vaccini sono conosciute da decenni. Tuttavia, con una nuova procedura per la produzione di «vaccini inattivi» – i cosiddetti vaccini uccisi – è possibile produrre i vaccini in futuro non solo più rapidamente, ma anche in modo più ecologico, efficiente e a costi inferiori rispetto al passato. Rappresentanti dei loro team, il Dr. Sebastian Ulbert e la Dr.ssa Jasmin Fertey dell'Istituto Fraunhofer per la Terapia Cellulare e l'Immunologia IZI di Lipsia, Frank-Holm Rögner dell'Istituto Fraunhofer per l'Electronica Organica, Tecnica a Raggi Electronici e Plasma FEP di Dresda, e Martin Thoma dell'Istituto Fraunhofer per la Produzione e Automazione IPA di Stoccarda sono stati premiati con il Premio Fraunhofer «Tecnologia per l'uomo e il suo ambiente» 2021. La giuria sottolinea in particolare «il metodo semplice ed efficiente, che preserva in larga misura le strutture importanti per l'efficacia del vaccino e che elimina completamente l'uso di additivi chimici necessari altrimenti».

Electtroni accelerati invece di chimica: uccidere i virus in millisecondi

Finora, la produzione di vaccini uccisi si basa su sostanze chimiche: i agenti patogeni vengono conservati con sostanze chimiche tossiche, principalmente formaldeide – finché le informazioni genetiche dei virus non sono completamente distrutte e non possono più replicarsi. Questo processo si chiama inattivazione. Tuttavia, presenta diversi problemi: da un lato, la sostanza chimica distrugge anche alcune strutture esterne di cui il sistema immunitario ha bisogno per produrre anticorpi. Inoltre, nella produzione industriale di vaccini si accumulano grandi quantità di sostanze chimiche tossiche, una sfida per la sicurezza sul lavoro e un carico per l'ambiente. E, a seconda del virus, può richiedere settimane, a volte anche mesi, prima che i virus siano effettivamente «uccisi».

Il nuovo approccio del team di esperti Fraunhofer elimina tutti questi svantaggi. «Invece di inattivare i virus con sostanze chimiche tossiche, li colpiamo con elettroni», spiega Ulbert. «L'esterno dei virus rimane quasi completamente intatto, non abbiamo sostanze chimiche da smaltire e l'intero processo dura solo alcuni secondi.» La sfida da superare: gli elettroni possono penetrare solo pochi centinaia di micrometri nelle sostanze liquide, perdendo progressivamente energia. Per uccidere in modo affidabile i virus che si muovono nel liquido con gli elettroni, il film di liquido non deve essere più spesso di circa 100 micrometri – inoltre, deve essere trasportato in modo uniforme. «Per questo è stato necessario un sistema complesso, motivo per cui abbiamo coinvolto anche l'Istituto Fraunhofer IPA», racconta Rögner.

Verso l'applicazione industriale

All'Istituto Fraunhofer IPA, Martin Thoma ha sviluppato due approcci per risolvere la sfida. «Il modulo a sacchetto è adatto per prove preliminari significative, mentre il modulo a rotolo è più indicato per quantità maggiori», descrive il fisico diplomato. Con questa configurazione, Fertey ha studiato tra l'altro virus influenzali, Zika e herpes, oltre a numerosi batteri e parassiti, che sono stati trattati con elettroni accelerati in modo mirato tramite i moduli a sacchetto e a rotolo. «Siamo riusciti a inattivare con successo e in modo sicuro tutte le classi di agenti patogeni», si felicita la biologa.

Il prototipo è stato completato nel 2018, messo in funzione presso l'Istituto Fraunhofer IZI e ulteriormente sviluppato. Già l'anno successivo, il team di ricercatori ha trovato un partner per le licenze e ha assicurato contrattualmente licenze per quasi un milione di euro. In circa cinque o sette anni, i moduli di produzione di dimensioni frigorifero potrebbero essere integrati nella produzione farmaceutica e produrre vaccini – in modo rapido, ecologico ed efficiente.