Fornitura di vaccini vitali in futuro senza uova

Lotta contro le malattie infettive: vaccini senza uova

Le vaccinazioni sono un rimedio molto efficace per varie malattie infettive. Per la produzione di vaccini, ogni anno sono necessari circa mezzo miliardo di uova di gallina. Ma questo potrebbe cambiare in futuro. I ricercatori hanno ora sviluppato un nuovo metodo che consentirà ad alcuni flavivirus di essere altamente concentrati nei bioreattori in futuro.

I ricercatori producono agenti patogeni nei bioreattori

Attualmente la produzione di vaccini richiede circa mezzo miliardo di uova di gallina all'anno. Solo per la produzione di vaccini antinfluenzali, ogni anno sono necessari fino a 500 milioni di uova. Tuttavia, alcuni vaccini potrebbero essere prodotti senza uova in futuro. I ricercatori del Max Planck Institute (MPI) per Dynamics of Complex Technical Systems di Magdeburgo stanno sviluppando metodi che consentono ai virus di essere propagati per i vaccini a una concentrazione significativamente più elevata rispetto a prima. Gli scienziati producono i patogeni nelle colture cellulari in piccoli bioreattori.

Per la produzione di vaccini, ogni anno sono necessari circa mezzo miliardo di uova di gallina. Questo potrebbe cambiare in futuro. Ricercatori tedeschi stanno lavorando su metodi che consentono ai virus di essere altamente concentrati nei bioreattori. (Immagine: arcyto / fotolia.com)

Complicazioni e strozzature nella produzione di vaccini

Secondo una dichiarazione dell'Istituto, la produzione di vaccini spesso causa complicazioni e strozzature.

Poiché la produzione deve essere pianificata anni prima, cambiare le raccomandazioni di vaccinazione, le carenze qualitative o anche considerazioni economiche delle poche aziende nel mercato dei vaccini ha conseguenze di vasta portata per la fornitura di sostanze protettive.

Ad esempio, il Centro per il controllo delle malattie degli Stati Uniti ha annunciato nell'aprile 2017 che l'unico vaccino contro la febbre gialla autorizzato negli Stati Uniti sarebbe fuori servizio entro la fine del 2018.

In alternativa, sebbene sia stato offerto un agente non autorizzato negli Stati Uniti, la disponibilità limitata di un vaccino efficace in un'epidemia può essere pericolosa.

Ad esempio, durante un'epidemia di febbre gialla in Angola e Congo nel 2016, migliaia di persone sono state contagiate dalla malattia.

A quel tempo, l'offerta di vaccino dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) divenne così scarsa che gli aiutanti dovettero vaccinare quelli a rischio con solo un quinto della dose usuale.

Concentrazioni cellulari significativamente più elevate

Ma la fornitura di alcuni vaccini vitali potrebbe diventare più sicura in futuro.

Un team guidato da Yvonne Genzel e Alexander Nikolay del Max Planck Institute for Dynamics di Complex Technical Systems sta lavorando per garantire che i problemi sopra menzionati non si verifichino più in futuro.

I ricercatori stanno combinando diversi approcci per produrre Flavivirus, tra cui il virus della febbre gialla e di Zika, in condizioni ottimali.

Innanzitutto, gli scienziati moltiplicano le cellule animali in un bioreattore pieno di soluzioni nutritive, che fungono da ospiti per i virus.

Le cellule si moltiplicano in sospensione, cioè galleggiano nella soluzione nutritiva. Collegato al bioreattore è un dispositivo che aspira e pompa regolarmente parte della soluzione.

Un modulo contenente dozzine di tubi di membrana permeabili alle sostanze nutritive mantiene le cellule indietro, ma filtra la soluzione nutritiva spesa e i rifiuti dal reattore.

Durante questo processo di perfusione, una sonda determina costantemente la concentrazione delle cellule, a cui viene adattata la fornitura di un nuovo mezzo nutriente.

Gli esperti del bioreattore raggiungono concentrazioni cellulari fino a 75 volte più elevate del solito standard.

Successivamente, gli scienziati infettano le cellule con virus della febbre gialla. Usano un altro trucco per ottenere la massima concentrazione di virus possibile.

I ricercatori usano un agente patogeno che si sono adattati in precedenza per riprodursi particolarmente bene nelle cellule animali.

I risultati degli scienziati sono stati pubblicati sulla rivista "Applied Microbiology and Biotechnology".

Adattare la produzione in modo più flessibile alle esigenze

"I nostri progressi sono molto promettenti", afferma Yvonne Genzel, a capo di una squadra del gruppo di lavoro di Bioprocess Engineering presso l'Istituto Max Planck di Magdeburgo.

"Il nuovo metodo di perfusione consente di generare virus in un piccolo spazio in quantità estremamente elevate. Abbiamo raggiunto livelli di virus più elevati per Zika e febbre gialla rispetto a qualsiasi altro metodo precedente. "

Soprattutto, i metodi di perfusione potrebbero essere adatti alla produzione di grandi quantità di virus se il rendimento del virus per cellula è molto basso.

"Sarebbe bello se questa tecnica fosse presto utilizzata dai produttori di vaccini su larga scala", spiega Udo Reichl, che è il direttore dell'Istituto Max Planck per la dinamica dei sistemi tecnici complessi e dirige il gruppo di ingegneria dei bioprocessi.

"Il metodo dovrebbe consentire di adattare la produzione in modo più flessibile alle esigenze e infine di trovare un processo di produzione efficiente ed economico per virus difficili da moltiplicare".

Protezione contro le malattie infettive mortali

I flavivirus vengono generalmente trasmessi agli umani attraverso le zanzare e innescano malattie infettive che, come la febbre gialla, possono essere fatali.

L'infezione con flavivirus non può attualmente essere curata, i farmaci solo alleviare i sintomi. Tuttavia, le vaccinazioni possono proteggere contro alcuni degli agenti patogeni.

Dal 1937 esiste un vaccino vivo contro la febbre gialla, ma da quando sono stati stabiliti i primi processi di produzione, il metodo di produzione non è cambiato radicalmente.

Le società farmaceutiche stanno ancora moltiplicando i virus negli embrioni di pollo. Da virus senza proprietà patogene, producono quindi vaccini vivi.

Da un lato, hanno bisogno di uova prive di contaminanti e altri agenti, d'altra parte, la produzione di un vaccino richiede circa dodici mesi su questa rotta.

Virus per dieci milioni di dosi di vaccino entro due settimane

Al contrario, con il nuovo metodo di produzione, un bioreattore con una capacità da litri aumenterà in sole due settimane quanti virus della febbre gialla sono richiesti per dieci milioni di dosi di vaccino.

"Sfortunatamente, i virus non possono essere raccolti direttamente attraverso la membrana a fibra cava perché la membrana si blocca nel tempo", afferma Yvonne Genzel. "Ecco perché stiamo anche testando altri sistemi di perfusione senza membrana".

Il suo team sta inoltre studiando come i metodi di perfusione funzionano con altri agenti patogeni come il virus dell'influenza, il virus dell'encefalite giapponese e il virus Ankara modificato..

Quest'ultimo è un candidato promettente per l'introduzione di materiale genetico nelle cellule degli esseri viventi nella terapia genica.

Il trattamento del cancro richiede livelli estremamente elevati di virus per consentire ai medici di utilizzare questo metodo per trattare tumori precedentemente non trattabili.

Se il metodo di perfusione dovesse rivelarsi efficace nelle indagini pianificate, i virus potrebbero diventare più facilmente disponibili per molte applicazioni. (Ad)