疫苗运输和存储的挑战

COVID-19流行带来了全球关注的过程开发一种新的疫苗——而且,冷链运输技术的重要作用和存储。虽然不同的方法使用疫苗研发,他们都共享一个统一的挑战——需要存储在低温下。

需要制冷或超低温度存储生物药物和疫苗并不新鲜,但COVID-19大流行期间的需求大大增加。这意味着迅速扩大生产规模所需的冷链行业的设备如超低冰柜同时确保其可靠性,持续的需求。还激发了创新的行业,消费者寻找更紧凑的产品有更好的能源效率和复杂的监控系统来提醒用户的温度波动。对于发展中国家,冷链基础设施早在大流行的挑战,研究人员正在开拓新技术等太阳能冰箱帮助延长保质期的疫苗。

尽管有了一些进展,更稳定的疫苗,可以运送和储存不制冷仍然是一个主要目标,正在探索和广泛的方法来实现它。

创新疫苗储存和运输

博士。玛丽亚Croyle分子制药学和药物输送教授德克萨斯大学,美国正在开发电影矩阵,可以用来运输没有冷链的活病毒。她的团队最近开始稳定腺相关病毒(AAV),以便出货不需要干冰或冷包。¹有一些食品和药物管理局(FDA)批准AAV产品市场上;每个必须存储和运输冷冻,解冻后8小时内给病人。如果他们解冻的诊所必须丢弃。

“我们第一组文档装运全美AAV载体的一个简单的信封没有任何冷包或干冰,和嵌入式病毒基因在小鼠一样刚做好的病毒,“Croyle说。“我们也能够存储活病毒的电影在室温下六个月没有减少他们提供基因的能力。”

Croyle的实验室需要克服的一个挑战是电影的粘度配方。“配方用于制造电影矩阵目前枫糖浆的一致性,不能轻易推行一个注射器,“Croyle说。“为了解决这个问题,我们不得不修改配方降低粘度,但仍在室温下稳定的病毒。“不幸的是,稳定形象更好的粘性配方,但这教团队的环境,AAV需要保持稳定。当他们把病毒稳定的粘性配方和稀释到所需的剂量,稀释本身降低了粘度使其更容易通过一个注射器。

他们现在计划在更大的动物进行额外测试之前制定实现AAV产品目前在临床测试。”这个概念不限于AAV载体,“Croyle说。“我们也与合作者合作稳定mRNA-based疫苗和各种牲畜疫苗在我们的电影,并计划建造一个试点生产线明年让我们迅速地大规模生产的电影。”

存储的挑战与核糖核酸疫苗

批准的第一个信使核糖核酸(mRNA)疫苗COVID-19已经打开门RNA-based疗法的新浪潮。但RNA作为一个大型的本质,瞬态分子必须完全完整的正常运行使其稳定疫苗开发人员面临的挑战。

“信使rna是不稳定的,因为自然设计,”博士说她女儿Crommelin,医药科学的名誉教授乌特勒支大学、荷兰。“这些都是大分子,它只需要一个打破核苷酸链完全失去活性。“正在探索不同的解决方案以解决这个问题,Crommelin说,最近的一项研究报告的这些产品的热稳定性和存储。²”的一种方法是看你是否能稳定mRNA-lipid-nanoparticle通过冷冻干燥(LNP)结构和优化lyoprotectants等辅料的选择,或者你有第二个选择,探索形成最终产品的替代方式”,我们将在下面进行讨论。

冷冻干燥的方法,冻干法,是一个技术上的挑战过程,但它是一个被热烈追求公司领域的RNA治疗。肯尼斯·简在细胞和分子生物学教授,瑞典卡罗林斯卡医学院,现代化的联合创始人和eTheRNA董事会的一员,说的能力使冻干复杂mRNA分子已经在这里,他希望看到这种新技术开发mRNA疗法对所有人开放,进入了新一波的疫苗和RNA治疗。”在大流行,您需要获得疫苗不同的位置,具有挑战性,因为目前的冷链需求,需要冻干法是明确的,但我们也看到作为一个需求罕见疾病,制造商将需要更大的产品批次和存储它们,因为病人分布世界各地。”

优化存储现况

而社区等待冻干的解决方案,欧文实验室在麻省理工学院,B.J.金博士有一个想法为她的学生,暑期项目,最终生成优化inp存储的一些关键的见解。³

“我们正试图找到一个有效的方法来存储核糖核酸疫苗,我们在实验室里,因为我们不断不必为我们的研究让他们新鲜,有时实验没有成功的时机,”她解释说。“我们还需要船疫苗相关的实验设备,所以我们需要一个验证方法存储粒子。非常凑巧的是大流行击中我们这个项目开始后不久,我们最终产生一些非常及时和重要成果。”

他们系统的不同参数被认为是重要的:存储温度、冷冻保护剂浓度和类型的缓冲区,然后比较了疫苗引发的免疫反应在不同的存储条件下,刚做好疫苗现况。为特定LNP-RNA疫苗,“我们发现,我们在实验室里,存储粒子w / v蔗糖10%,磷酸盐和-20°C是最优方法,储存温度是最主要的因素,”金解释说。这验证了COVID-19 mRNA的疫苗,但它也显示了其他重要的见解。“我们意识到,只看前后粒子大小的存储并不是一个好指示器疫苗的功能,因为你可能会RNA泄漏或退化即使粒子的结构完整性仍然存在。”

除了mRNA,金正日和他的同事们还开展工作使用自我复制或self-amplifying RNA,使得本身的副本一旦进入人体,放大生产的编码蛋白质。这些RNA分子大约10倍的时间比一个典型的信使RNA序列。“我们发现有一些差异在存储属性之间的信使rna自我复制的rna,我们在-80年看到最明显°C,”金说。“虽然mRNA-loaded lnp存储在-80年刚刚好°C,自我复制RNA-loaded lnp聚合灾难性的。“团队认为可能与脂质包在一起,如何组织的差异与RNA,虽然尚未有很好的技术调查LPN的内部结构,他们渴望进一步研究这一现象。

其他方法来改善热稳定性

另一种方法解决RNA的热稳定性问题是现场混合的两个主要组件——mRNA在一个瓶,和一个载波系统在另一个。“如果你带正电胶体系统渴望拿起信使rna,然后可以混合在床边,“Crommelin说。“这是一个特别好的选择特定的癌症疫苗,否则你必须让每个病人现况每次他们需要他们,这使得它更费力,昂贵和浪费。很容易把它们如你所需要的。”

的获得先进的卫生研究所(AAHI),一个非盈利的生物技术研究所关注全球健康,采取了这个载体的概念进一步创建了一个self-amplifying RNA COVID-19可以冻干疫苗在室温下稳定至少6个月,如果冷藏至少10个月。⁴疫苗使用纳米脂质载体(缴送工作),首次开发交付Zika病毒疫苗。⁵承运人与self-amplifying RNA,然后立即使用或混合冻干。后冷冻干燥和储存在4°C或25°C疫苗仍能引起免疫反应,产生特定的鼠标免疫球蛋白抗体SARS-CoV-2——水平比得上新鲜混合疫苗。

“我们关注实际和可能疫苗科学不太光鲜的一面,”说艾米丽·沃伊特博士AAHI首席科学家、该研究的第一作者说:“我们意识到在大流行,尽管RNA有显著的好处大流行性疫苗反应,显著的缺点——尤其是制造业的复杂性和稳定性,使他们很难在世界范围内生产和分发。所以,我们专注于开发一种简单,有效,稳定我们应用于Covid核糖核酸疫苗技术。“目前的疫苗在临床试验中在南非,和简单的制造在全球现有疫苗生产设施没有专业设备。这个平台的“我们的目标是让我们的疫苗产品需要它的人,在接下来的大流行,保持成本和稳定,“沃伊特补充道。

展望未来

真正解锁mRNA的潜力和其他RNA疫苗,该技术制造他们需要更广泛的访问在全球范围内降低冷链的负担。“更有可能的疫苗将现场的区域大流行开始,”简说。“我的预测是,我们会看到生产设施涌现在中国,东南亚和非洲因为GMP级信使rna的功能将会更快,更便宜和更广泛应用。”

尽管这些设施仍然需要方面的疫苗冷链运输和存储组件,整个生产过程也可能通过自动化更有效率。例如,世界卫生组织一直致力于GMP设备自动化的桌面设置,用户可以即插即用疫苗组件。“的方法不是适用于所有信使RNA药物和疫苗,但我确实认为制造业mRNA疫苗将很快成为常态的过程像抗体和其他重组蛋白质的生产,如酶的成本,RNA模板和修改核苷酸几年下降。这是一个快速增长的领域——生物学最迅速的地区之一,“钱教授总结道。

引用

1。Doan秋明石油公司,MD, Bajrovic我,等。热稳定性在活的有机体内性能的AAV9电影矩阵。Commun地中海.2022;2 (1):148。doi: 10.1038 / s43856 - 022 - 00212 - 6

2。Blenke EO, Ornskov E, Schoneich C, et al . mRNA的储存和使用中稳定疫苗和疗法:不感冒。JPharmSci。2022;0 (0)。doi:10.1016 / j.xphs.2022.11.001

3所示。金正日B Hosn RR Remba T, et al。优化的存储条件脂质nanoparticle-formulated自我复制的RNA疫苗。J控制释放。2023;353:241 - 253。doi:10.1016 / j.jconrel.2022.11.022

4所示。沃伊特EA,格哈特,汉森D, et al . self-amplifying RNA疫苗COVID-19长期室温稳定。npj疫苗。2022年,7 (1):1-13。doi:10.1038 / s41541 - 022 - 00549 - y

5。伊拉斯谟JH, Khandhar美联社,古德里安J,送货等。纳米脂质载体的复制病毒RNA提供单一的、低剂量Zika病毒防护。摩尔其他。2018;26 (10):2507 - 2522。doi:10.1016 / j.ymthe.2018.07.010