Fraunhofer-Preis »Techniek voor de mens en zijn omgeving« 2021 voor een efficiënter, sneller en milieuvriendelijker productieproces van vaccins

Voor een efficiënter, sneller en milieuvriendelijker productieproces van vaccins ontvangen Frank-Holm Rögner van het Fraunhofer FEP, Martin Thoma van het Fraunhofer IPA, en PD Dr. Sebastian Ulbert en Dr. Jasmin Fertey van het Fraunhofer IZI (v.l.n.r.) de Fraunhofer-prijs "Techniek voor de mens en zijn milieu" 2021.

Vaccins zijn momenteel een grote hoopgever. Ze moeten immers helpen om de samenleving te wapenen tegen COVID-19 en de weg terug naar een normaal leven te effenen. Hoewel de focus momenteel duidelijk ligt op het coronavirus – zijn vaccins tegen andere ziekteverwekkers eveneens essentieel. Een team van onderzoekers uit drie Fraunhofer-instituten heeft nu een productie van vaccins ontwikkeld die, in vergelijking met de gebruikelijke productie, efficiënter, sneller en milieuvriendelijker is – en ontvangt daarvoor de Fraunhofer-prijs »Techniek voor de mens en zijn milieu«. De prijsuitreiking vond plaats tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Fraunhofer-Gesellschaft op 5 mei 2021.

De manieren om vaccins te produceren zijn al decennia bekend. Maar met een nieuwe methode voor de productie van geïnactiveerde »dode vaccins« kunnen vaccins in de toekomst niet alleen sneller, maar ook milieuvriendelijker, efficiënter en goedkoper worden geproduceerd dan voorheen. Ter vertegenwoordiging van hun teams worden Dr. Sebastian Ulbert en Dr. Jasmin Fertey van het Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI uit Leipzig, Frank-Holm Rögner van het Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP uit Dresden, evenals Martin Thoma van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA uit Stuttgart onderscheiden met de Fraunhofer-prijs »Techniek voor de mens en zijn milieu« 2021. De jury benadrukt vooral »de eenvoudige en efficiënte methode, die de voor de werking van het vaccin belangrijke structuren grotendeels behoudt en volledig zonder chemische toevoegingen kan«.

Versnelde elektronen in plaats van chemie: virussen binnen milliseconden doden

Tot nu toe is de productie van dode vaccins gebaseerd op chemicaliën: de ziekteverwekkers worden bewaard met giftige chemicaliën, vooral formaldehyde – totdat de genetische informatie van de virussen volledig is vernietigd en ze zich niet meer kunnen vermenigvuldigen. Dit wordt inactivatie genoemd. Dit is echter op meerdere manieren problematisch: ten eerste vernietigt de chemische stof ook een deel van de buitenstructuren die het immuunsysteem nodig heeft om antistoffen te vormen. Bovendien komen bij de industriële productie van vaccins grote hoeveelheden giftige chemicaliën vrij, wat een uitdaging vormt voor de arbeidsveiligheid en een belasting voor het milieu. En: afhankelijk van het virus kan het weken, soms zelfs maanden duren voordat de virussen daadwerkelijk »dood« zijn.

De nieuwe aanpak van het Fraunhofer-team komt zonder al deze nadelen. »In plaats van de virussen te inactiveren met giftige chemicaliën, beschieten we ze met elektronen«, legt Ulbert uit. »De buitenhuid van de virussen blijft daarbij bijna volledig intact, we hebben geen chemicaliën die moeten worden afgevoerd, en het hele proces duurt slechts enkele seconden.« De uitdaging die overwonnen moest worden: de elektronen kunnen slechts enkele honderden micrometer diep in vloeistoffen doordringen, waarbij ze geleidelijk aan energie verliezen. Om de virussen die in de vloeistof ronddrijven betrouwbaar te doden met de elektronen, mag de vloeistoffilm dus niet dikker zijn dan ongeveer 100 micrometer – bovendien moet hij gelijkmatig worden getransporteerd. »Daarvoor was geavanceerde apparatuur nodig, daarom hebben we het Fraunhofer IPA erbij betrokken«, vertelt Rögner.

Op weg naar industriële toepassing

Bij het Fraunhofer IPA ontwikkelde Martin Thoma twee benaderingen om de uitdaging op te lossen. »Het beutelmateriaal is geschikt voor veelbelovende proefopstellingen, terwijl het rollenmodule beter presteert bij grotere hoeveelheden«, beschrijft de natuurkundige. Fertey onderzocht onder andere influenzavirussen, Zika- en herpesvirussen, evenals talrijke bacteriën en parasieten die via het beutel- en rollenmodule met gericht versnelde elektronen werden behandeld. »We konden alle pathogeenklassen succesvol en veilig inactiveren«, verheugt de bioloog zich.

De prototype werd in 2018 voltooid, in gebruik genomen bij het Fraunhofer IZI en verder ontwikkeld. Al in het volgende jaar wist het onderzoeksteam een licentiepartner te vinden en verwerkte contractueel licentie-inkomsten van bijna een miljoen euro. In ongeveer vijf tot zeven jaar kunnen de koelkastgrote productiemodules worden geïntegreerd in de farmaceutische productie en vaccins produceren – snel, milieuvriendelijk en efficiënt.