如何加速疫苗生产——并避免减速带

COVID-19大流行展示了各种可用的疫苗生产策略，有些已有一个多世纪的历史，有些则是首次提高产量。在2020年1月SARS-CoV-2病毒测序后，方格旗飘扬，每个制造路线在扩大规模方面都面临挑战。其中一些是这次大流行所特有的，但从实验室或试点规模的起点到全面生产的终点始终是一段坎坷的旅程。在这篇文章中，我们讨论了扩大疫苗开发的主要挑战，强调了克服这些挑战的各种策略。

核苷酸

RNA疫苗是市场上最新的产品。它们的影响在大流行之前基本上没有预告，尽管有些人预测到了疫苗学的新时代．某些制药公司的mRNA疫苗管道针对癌症，而其他公司则针对一些传染性疾病。制造信使rna疫苗包括一种聚合酶，通过将核苷酸连接在一起，根据DNA模板生成一串mRNA。

“扩大规模的挑战在于，这是一项非常新的技术，不同于(以前的)疫苗的生产方式，”他说Zoltán Kis博士谢菲尔德大学化学与生物工程系的助理教授。这在很大程度上是一个无细胞的酶促过程，而其他疫苗通常涉及培养大量细胞。所有的酶都是在细菌中制造的，这利用了现有的生物技术。酶和质粒DNA是用大肠杆菌（大肠杆菌)这种方法已经使用了几十年，所以在如何扩大重组蛋白生产方面，行业中有知识，”Kis解释说。

最初，将mRNA封装成脂球的步骤减缓了生产速度，在脂球中需要微流体将它们在受控环境中混合。根据药物发现化学家的说法，这涉及使用专有定制脂质和奇异的混合技术德里克。劳。现在，在2022年年中，制造mRNA疫苗的所有步骤都已由欧洲和北美的多家公司加紧生产。Kis说:“RNA疫苗以一种直接的方式扩大了规模，并以创纪录的速度部署。”

这对未来扩大mRNA疫苗的规模是个好兆头，特别是因为在大流行期间，制造过程本身也面临着时间压力，而且可能没有优化。基斯说:“他们必须在允许的时间内达到接近最佳的效果，所以基本上足够好了。”这可能为改进未来疫苗的生产过程留下了空间。

流行病防范创新联盟(CEPI)肯定看到了在这方面取得进展的空间。“成本驱动因素很大程度上是原材料，因此这是我们将关注的问题，”他说英格丽德·克罗曼博士他是CEPI疫苗生产和供应链代理主任。“我们支持mRNA平台，因为我们看到它在应对下一种X疾病方面具有优势。”针对整个病毒家族的模板库可以建立起来，并准备好适应快速部署，也许可以遏制来自不可预测来源的新疾病爆发(X疾病)。

CEPI还希望与低收入和中等收入国家的制造商合作，利用mRNA平台生产未来的疫苗。在规模化生产方面，一些mRNA公司选择在内部进行，而另一些则选择外包给合同制造组织。“这种[mRNA疫苗]知识产权主要受到商业机密的保护。这些工艺通常不会申请专利。这些公司不透露制造过程的细节，”Kis说。通常情况下，这样的技术转让需要两年时间。他指出，大流行紧急情况的时间框架被压缩了。

哈里斯·马卡索里斯教授他是伦敦国王学院的工艺工程师，正在领导一个财团，寻求使用连续制造技术来快速设计和生产mRNA疫苗。Makatsoris表示，这与目前制造商使用的批处理工艺不同，“后者容易出现生产损失和更高成本的风险。”目的是降低mRNA疫苗的成本，这些疫苗是针对呼吸道病毒开发的，如由罗宾·沙托克教授的与目前已获批准的COVID-19 mRNA疫苗的20美元价格相比，伦敦帝国理工学院的研究小组将疫苗的价格降至每剂不到10美元，甚至可能是1美元。Makatsoris指出:“这个过程至少在概念上是简单的，因为它不需要像其他类型的疫苗那样培养生物体，但挑战在于投入非常昂贵。”特别是，他认为，与目前的方法相比，将RNA封装到球形脂质中的过程可以在许多方面得到改进，这样就可以用相同数量的材料获得更多的产品。

明年，Makatsoris的目标是他的“盒子里的生物工厂”项目，在纽卡斯尔附近建立试点工厂，然后在英国的雷丁附近建立试点工厂。这是为了每天验证和制造多达50克的RNA，这将提供数百万剂量。他说，这种工厂的成本仅为典型批量工厂2亿至3亿美元的一小部分。Makatsoris说:“我们希望这将使低收入和中等收入国家更容易获得mRNA疫苗的生产。”

IVT RNA工作流程中质量控制的好处

下载此应用程序注意发现一个系统，可以提供敏感和可靠的RNA质量控制分析，检测不良PCR扩增，不良转录，DNA模板污染的RNA和降解RNA，并确保下游应用从高质量的RNA开始。

查看App

赞助内容

减弱和失活

在大流行期间大规模疫苗生产方面的另一个新手是病毒载体。生产过程包括培养大量的人类细胞，然后用一种减弱的腺病毒感染它们，这种病毒经过工程改造，携带了刺突蛋白的遗传配方。Kis表示:“生产量通常为2000升。“有很多细胞，它们生长，吃东西，做很多复杂的事情，这给这个过程带来了很多变数，”他补充说。“你做了一批，并不能保证下一批会完全相同。”

尽管如此，病毒载体疫苗是CEPI采用的平台之一。这也是一种相当新的生产疫苗的方法，因此不存在为数百万人生产这些疫苗的基础设施和专门知识。但这个过程也不是全新的。克罗曼说:“一些跨国公司已经在这个平台上工作了很多年。“所以，我在这个行业有一些经验。”尽管如此，还是有一些初期问题据报道导致2021年可用的COVID-19剂量减少。

伦敦大学学院细胞和基因治疗生物过程工程副教授Qasim Rafiq博士说，病毒载体的供应仍然是一个难题说．他预测，在未来两到三年内，这种病媒的供应将有所改善。然而，随着RNA疫苗的兴起，Rafiq对病毒载体疫苗是否会产生预期的影响表示怀疑。事实上，Kis预测疫苗将远离这个平台，而是专注于为细胞和基因治疗提供基因。并非所有人都同意。不同的平台可能更适合某些疾病。克罗曼表示:“我们拥有多元化的平台组合非常重要。“我不认为这是万能的。”

另一种制造疫苗的方法是培养哺乳动物细胞，用病毒(如SARS-CoV-2)感染它们，然后灭活病毒并从培养基中提取。在西方世界，这种技术被视为新疫苗的过时技术，尽管它目前被用于制造狂犬病疫苗和脊髓灰质炎疫苗。这一过程的关键一步是使病毒失效，同时不改变结构，使疫苗产生的抗体与病毒所需的抗体不同。

疫情期间，中国在大规模生产灭活疫苗方面震惊了世界，在全球交付的73亿剂灭活疫苗中，国药控股和冠状病毒传播公司占了近一半，根据自然去年10月．这包括在生物反应器中培养猴子肾细胞。从生物反应器到疫苗包装的整个过程据称需要48天．Kis说:“我有点惊讶，他们这么快就制造了这么多(疫苗)。”“它被视为过时的技术。目前还不清楚事态会如何发展。”

疫苗也可以以减毒活病原体为基础，例如麻疹、腮腺炎、流感和黄热病。最著名和最有效的活疫苗之一是芽孢杆菌Calmette-Guérin(卡介苗)，它庆祝其100年^th周年纪念作为结核病疫苗去年。它仍然是唯一被批准的针对这种毁灭性疾病的疫苗。Kromann曾在哥本哈根的Staten血清研究所研究卡介苗，他说这种含有减毒疫苗的活疫苗继续在疾病预防中发挥作用。她指出:“在欧洲，我们停止了开发减毒活疫苗，因为它们很难(根据监管要求)确定特征，也很难证明它们是安全的。”但是卡介苗的优势是易于大规模生产，而且成本低廉，世界上有几个地区都在生产。

蛋白质亚基

最后一个疫苗平台，几十年来一直是疫苗生产的主力，现在是蛋白质亚基。这依赖于使用病原体的片段，通常在酵母、昆虫或哺乳动物细胞培养等生物技术主力中作为重组蛋白制造。这些都是用所谓的佐剂来增强对病原体片段的免疫反应。例如，无细胞百日咳和乙型肝炎疫苗。令人惊讶的是，蛋白质亚单位疫苗并没有对COVID-19疫苗的早期供应做出重大贡献，直到最近才首次提供在美国被批准使用。

产业界知道如何大规模生产这些疫苗。“亚单位疫苗的蛋白质部分通常不是一个挑战，”Kromann说，“因为你会有巨大的产量。你可以生产大约6000升，所以蛋白质的生产非常便宜。”每剂可能需要25 μg。CEPI认识到，全球生产这些疫苗的能力是巨大的，但在佐剂成分方面存在薄弱环节。Kromann指出:“目前市场上没有多少佐剂被证明是安全的。”

克罗曼说:“佐剂在大规模生产方面存在问题，而且它们通常是亚单位疫苗中昂贵的部分。”疫苗制造商只能从货架上取下明矾(氢氧化铝、磷酸铝)，否则必须与少数拥有经批准的专有佐剂的公司协商。这可能会导致供应问题——例如，一种佐剂需要从智利树皮中提取的皂苷化合物。

幸运的是，目前有许多佐剂正在开发中，而且在这次大流行中，有几种佐剂的生产规模得到了扩大，现在已被用于疫苗中推荐用于紧急使用授权。

地理层面

现在扩大疫苗生产的计划也必须考虑到地理因素。克罗曼说:“我们的目标是让我们未来的制造网络和首选合作伙伴在各个地区建立联系。”不仅在亚洲，而且在非洲、南美和东南亚等其他地区。”她赞扬了流感大流行期间疫苗生产方面的行业成就。“看看他们做了什么，”她总结道。“他们已经生产了数十亿剂疫苗。”