Nagroda Fraunhofer »Technika dla człowieka i jego środowiska« 2021 za bardziej wydajne, szybsze i przyjazne dla środowiska metody produkcji szczepionek

Za bardziej wydajny, szybszy i bardziej przyjazny dla środowiska proces produkcji szczepionek otrzymują Nagrodę Fraunhofer „Technologia dla ludzi i ich środowiska” 2021 Frank-Holm Rögner z Fraunhofer FEP, Martin Thoma z Fraunhofer IPA oraz PD Dr. Sebastian Ulbert i Dr. Jasmin Fertey z Fraunhofer IZI (od lewej do prawej). / Frank-Holm Rögner z Fraunhofer FEP, Martin Thoma z Fraunhofer IPA oraz PD Dr. Sebastian Ulbert i Dr. Jasmin Fertey z Fraunhofer IZI (od lewej do prawej) zostali uhonorowani Nagrodą Fraunhofer „Technologia dla ludzi i ich środowiska” 2021 za bardziej wydajny, szybszy i przyjazny dla środowiska proces produkcji szczepionek.

Obowiązkowe szczepienia są obecnie dużym nadzieją. W końcu mają one pomóc w przygotowaniu społeczeństwa na COVID-19 i ułatwić powrót do normalnego życia. Chociaż obecnie główny nacisk kładziony jest na koronawirusa – szczepionki przeciwko innym patogenom również są kluczowe. Zespół badawczy z trzech instytutów Fraunhofer opracował teraz wydajniejszą, szybszą i bardziej przyjazną dla środowiska produkcję szczepionek w porównaniu do tradycyjnych metod – i otrzymał za to Nagrodę Fraunhofer „Technika dla ludzi i ich środowiska”. Uroczystość wręczenia nagród odbyła się podczas dorocznego spotkania Towarzystwa Fraunhofer 5 maja 2021 roku.

Metody produkcji szczepionek znane są od dziesięcioleci. Jednak dzięki nowej metodzie produkcji inaktywowanych „szczepionek martwych” możliwe będzie w przyszłości nie tylko szybsze, ale także bardziej przyjazne dla środowiska, wydajne i tańsze wytwarzanie szczepionek niż dotychczas. W imieniu swoich zespołów, dr Sebastian Ulbert i dr Jasmin Fertey z Instytutu Fraunhofer ds. Terapii Komórkowych i Immunologii IZI z Lipska, Frank-Holm Rögner z Instytutu Fraunhofer ds. Elektroniki Organicznej, Technologii Elektronowego Promienia i Plazmy FEP z Drezna oraz Martin Thoma z Instytutu Fraunhofer ds. Technologii Produkcji i Automatyzacji IPA z Stuttgartu zostali wyróżnieni Nagrodą Fraunhofer „Technika dla ludzi i ich środowiska” 2021. Jury podkreśliło szczególnie „prostą i wydajną metodę, która w dużym stopniu zachowuje struktury istotne dla działania szczepionki i całkowicie rezygnuje z konieczności stosowania chemicznych dodatków”.

Przyspieszone elektrony zamiast chemii: zabijanie wirusów w milisekundach

Dotychczas produkcja szczepionek martwych opierała się na chemikaliach: patogeny przechowuje się w toksycznych substancjach chemicznych, głównie formaldehydzie – aż do momentu, gdy informacja genetyczna wirusów zostanie całkowicie zniszczona i nie będą się one już rozmnażać. Mówi się wtedy o inaktywacji. Jednak jest to problematyczne z wielu powodów: po pierwsze, chemikalia niszczą również część struktur zewnętrznych, które są niezbędne dla układu odpornościowego do wytwarzania przeciwciał. Ponadto, przy produkcji szczepionek na skalę przemysłową powstają duże ilości toksycznych chemikaliów, co stanowi wyzwanie dla bezpieczeństwa pracy i obciążenie dla środowiska. A do tego, w zależności od wirusa, może to zająć tygodnie, a czasem nawet miesiące, zanim wirusy zostaną faktycznie „zabite”.

Nowatorskie podejście zespołu Fraunhofer omija te wszystkie wady. „Zamiast inaktywować wirusy za pomocą toksycznych chemikaliów, naświetlamy je elektronami”, wyjaśnia Ulbert. „Zewnętrzna warstwa wirusów pozostaje niemal całkowicie nienaruszona, nie używamy chemikaliów, które trzeba zutylizować, a cały proces trwa tylko kilka sekund”. Wyzwaniem było to, że elektrony mogą penetrować tylko kilka setek mikrometrów w głąb cieczy, tracąc przy tym coraz więcej energii. Aby skutecznie zabić wirusy unoszące się w cieczy za pomocą elektronów, warstwa cieczy nie może być grubsza niż około 100 mikrometrów – musi także być równomiernie transportowana. „Wymagało to zaawansowanej technologii urządzeń, dlatego zaangażowaliśmy w to Instytut Fraunhofer IPA”, opowiada Rögner.

Na drodze do zastosowań przemysłowych

Martin Thoma z Instytutu Fraunhofer IPA opracował dwie metody rozwiązania tego wyzwania. „Moduł woreczkowy nadaje się do wiarygodnych wstępnych testów, natomiast moduł rolkowy sprawdza się przy większych ilościach”, opisuje fizyk dyplomowany. W tym układzie Fertey badała między innymi wirusy grypy, Zika i opryszczki, a także liczne bakterie i pasożyty, które były poddawane obróbce za pomocą elektronów w modułach woreczkowym i rolkowym. „Udało nam się skutecznie i bezpiecznie inaktywować wszystkie klasy patogenów”, cieszy się biolog.

Prototyp został ukończony w 2018 roku, uruchomiony w Instytucie Fraunhofer IZI i dalej rozwijany. Już w kolejnym roku zespół badawczy zdobył partnera licencyjnego i zawarł umowę licencyjną na kwotę blisko miliona euro. W ciągu około pięciu do siedmiu lat moduły produkcyjne wielkości lodówki mogą zostać zintegrowane z przemysłową produkcją szczepionek – szybko, przyjazne dla środowiska i wydajne.