Kako proizvajajo cepivo mRNK?

V nedeljo, 8. novembra 2020, se je vodstvo Pfizerja zbralo na sedežu podjetja, da bi skupaj prisostvovalo predstavitvi rezultatov dvojno slepe študije o učinkovitosti cepiva proti covidu-19. Vznemirjenje je bilo veliko, saj je minilo le nekaj manj kot osem mesecev od trenutka, ko so se odločili, da se lotijo velikega in zahtevnega projekta.

Po več urah čakanja v negotovosti je sledilo navdušenje, saj so izvedeli, da v poskusni skupini ni zbolel skorajda nihče od cepljenih. Cepivo se je izkazalo za izjemno učinkovito, kar je bil velik uspeh, saj so uporabili novo tehnologijo v lipidne delce zapakiranih molekul informacijske RNK (mRNK – angl. messenger RNA). Z novim pristopom so pri cepljenju v telo vbrizgali le podatke, s pomočjo katerih so si lahko celice telesa kar same izdelale značilne delčke ovojnice virusa, ki so sicer sestavina klasičnih cepiv.

Od zasnove do odobritve v dobrega pol leta

Pfizer se je razvoja cepiva lotil v sodelovanju z nemškim podjetjem BioNTech, ki sta ga ustanovila znanstvenika Ugur Sahin in Ozlem Tireci, sicer zakonca. Sodelovali so že pri razvoju cepiva mRNK za gripo, takoj po novicah o pojavu novega koronavirusa na Kitajskem pa so pri nemškem podjetju ugotovili, da bi bila njihova metoda zelo primerna tudi za izdelavo cepiva proti novi nevarni bolezni, ki se je začela širiti po svetu.

Takoj ko so kitajski znanstveniki objavili zaporedje genoma virusa sars-cov-2, so se znanstveniki v podjetju BioNTech lotili iskanja kandidatov za cepivo. Ko so v začetku marca 2020 povprašali kolege v podjetju Pfizer, ali bi jih zanimalo sodelovanje pri nadaljnjem razvoju in proizvodnji cepiva, Svetovna zdravstvena organizacija (WHO) sicer še ni razglasila pandemije, a je bilo že povsem jasno, da novi virus pomeni velik globalen zdravstveni problem, ki bi ga najbolj učinkovito rešili prav z varnim in učinkovitim cepivom. Zato so pripravili 20 kandidatov, med katerimi so izvedli selekcijo na podlagi poskusov na miškah in v laboratoriju.

Do 12. aprila so seznam kandidatov oklestili na štiri molekule, ki so se izkazale za najbolj obetavne, in z njimi začeli prve študije varnosti in učinkovitosti pri ljudeh. Manjša skupina prostovoljcev je v Nemčiji tako že 23. aprila prejela prve poskusne doze cepiva. V tej prvi fazi študije so raziskovali predvsem to, kakšen imunski odziv sprožijo posamezni kandidati pri ljudeh in ali se morda pojavijo kakšni resnejši stranski učinki.

Do maja so na podlagi rezultatov testiranj zmanjšali krog kandidatov s štiri na dva in začeli s pomočjo prostovoljcev v ZDA določati primerno dozo za odmerke. Ugotovili so, da bosta potrebni dve injekciji v razmiku treh tednov. Izkazalo se je tudi, da oba preostala kandidata za cepivo vzbudita močno imunsko reakcijo, pri enem pa so zaznali manj manjših stranskih učinkov po cepljenju, kot je denimo povišana telesna temperatura, zato so 23. julija izbrali končnega kandidata. Z njim so začeli združeno drugo in tretjo fazo klinične študije na več desettisoč prostovoljcih, v kateri so ugotavljali, ali je cepivo v realnih okoliščinah dejansko boljše od placeba, kako se izkaže pri različnih starostnih skupinah in kakšni so morebitni stranski učinki.

Pfizer je zavrnil državno pomoč

Vzporedno s testiranjem cepiva so začeli vzpostavljali tudi obrate za njegovo množično proizvodnjo. Da v javnosti ne bi bilo dvomov, so se skupaj z drugimi farmacevtskimi podjetji zavezali, da zaradi hitenja ne bodo zanemarili prav nobenega od uveljavljenih postopkov za nadzor varnosti in učinkovitosti. V vodstvu Pfizerja so se v nasprotju z Moderno odločili tudi, da bodo zavrnili ponujeno državno finančno pomoč. Ocenili so namreč, da bi jih veliko dodatnega poročanja in birokratskega dela preveč oviralo pri sledenju glavnemu cilju, da cepivo čim prej ponudijo v čim večjih količinah.

Do septembra so izdelali že 1,5 milijona doz cepiva, kar je veliko, glede na to, da bi morali vse že narejene odmerke zavreči, če bi se izkazalo, da cepivo ne deluje. Do konca leta 2020 so tako izdelali 74 milijonov doz, v letu 2021 pa jih nameravajo proizvesti kar dve milijardi.

Po uspešno zaključenem testiranju so pripravili dokumentacijo za nadzorne organe, ki pregledajo vse postopke in ocenijo, ali je cepivo primerno za uporabo. Običajno pošljejo podatke iz farmacevtskega podjetja v pisarne državnih nadzornikov preko interneta, v tem primeru pa so iz agencije Food and Drug Administration (FDA) prišli po dokumentacijo kar z oboroženim spremstvom. Zaznali so namreč velik porast poskusov vdora v informacijske sisteme podjetij, ki so razvijala cepiva.

Dva meseca za izdelavo posamezne serije

Izdelava cepiva mRNK poteka za posamezno serijo približno 60 dni. Začne se, ko odmrznejo vnaprej pripravljeno molekulo DNK, v kateri je shranjen genski zapis oziroma informacija za izgradnjo koničastega proteina virusa, ki je ključen del cepiva. DNK, ki ima obliko krožnega plazmida, nato s posebnim postopkom vstavijo v celice bakterije E. coli, ki znajo prav takšne molekule genskega materiala hitro in učinkovito namnožiti.

Običajno pustijo bakterijske celice najprej v manjši posodi rasti čez noč, nato pa jih prestavijo v velik 300-litrski bioreaktor, v katerem je veliko hranil. Bakterije, ki se delijo približno vsakih 20 minut, se potem štiri dni nepretrgoma razmnožujejo in ustvarijo veliko kopij vanje vstavljene molekule DNK.

Ko se proces razmnoževanja ustavi, namnožene molekule DNK sprostijo iz bakterijskih celic s pomočjo posebne kemikalije, ki povzroči, da celična stena razpade. S čiščenjem zatem odstranijo vse ostanke bakterij in v raztopini ohranijo le molekule DNK. Izdelek seveda skrbno analizirajo in preverijo, ali se zaporedje genskega zapisa vmes ni morda spremenilo.

Zatem raztopini dodajo encime, s katerimi krožno obliko plazmidne molekule DNK, ki se lahko razmnožuje v bakterijah, razrežejo v linearne odseke, kar traja približno dva dni. S filtracijo odstranijo ostanke plazmidov, z očiščeno raztopino linearne DNK pa napolnijo steklenice, ob čemer seveda ponovno preverijo, ali je gensko zaporedje še vedno ustrezno.

Steklenica z milijonom odmerkov cepiva

Iz vsebine vsake od tako pripravljenih litrskih steklenic lahko v nadaljnjem postopku izdelajo 1,5 milijona doz cepiva. Globoko zamrznjen vmesni izdelek pošljejo v naslednji obrat podjetja, kjer morajo molekule DNK prepisati v molekule mRNK – in te so dejansko v cepivu, ki nam ga vbrizgajo v telo.

Po pet steklenic s pripravljeno raztopino DNK zmešajo z gradniki RNK, dodajo encime in počakajo nekaj ur, da se izvede prepisovanje. V postopku nastanejo molekule mRNK, ki so prav takšne oblike, da jih lahko prepoznajo ribosomi v človeških celicah. Ti znajo z njihovo pomočjo izdelati za virus sars-cov-2 značilne koničaste proteine.

V tovarni po končanem postopku prepisovanja ponovno izvedejo čiščenje, s katerim izločijo DNK in encime. V eni seriji tako nastane toliko molekul mRNK, da jih je dovolj za 7,5 milijona doz cepiva. Izdelek nato testirajo, razdelijo v več paketov, zamrznejo in pošljejo v druge obrate podjetja.

Zelo krhke in nestabilne molekule mRNK morajo pred uporabo obdati še z lipidnim ovojem, ki jih zaščiti in omogoči, da vstopijo v človeške celice. V skrbno nadzorovanih okoliščinah pod posebnimi pogoji molekule mRNK vpihavajo skupaj s štirimi vrstami lipidov, pri čemer se zaradi električne nabitosti molekul tvorijo lipidni nanodelci.

Nastale mikroskopsko majhne lipidne kapljice nato filtrirajo, sterilizirajo in zapakirajo v viale, kar je prav tako zelo zahteven del proizvodnje, saj je treba paziti na nečistoče in sterilnost. V vsako vialo vnesejo 0,45 mililitra koncentriranega cepiva, kar zadostuje za šest doz. Stekleničke zapakirajo, označijo in ohladijo na -70 stopinj Celzija. Prav za hladno distribucijo so razvili posebne škatle s suhim ledom, v katerih so tudi sledilci GPS.

Celoten postopek proizvodnje posamezne serije cepiva mRNK traja pri podjetju Pfizer približno dva meseca, pri čemer poudarjajo, da je več kot polovica časa namenjena analizi kakovosti in čistosti vmesnih produktov ter končnega izdelka. Postopek proizvodnje vektorskih cepiv DNK, kakršno je denimo cepivo podjetja AstraZeneca, poteka malo drugače, a je tehnološko prav tako zelo zahteven.

Viri in dodatne informacije

• How Pfizer Makes Its Covid-19 Vaccine – The New York Times
• The CEO of Pfizer on Developing a Vaccine in Record Time

-