Iată de ce vaccinurile împotriva COVID-19 precum cel de la Pfizer trebuie păstrate atât de reci

Pfizer se luptă pentru a obține aprobarea pentru vaccinul său COVID-19, solicitând autorizația de utilizare de urgență de la Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente pe 20 noiembrie. Dar gigantul farmaceutic se confruntă cu o provocare uriașă în distribuirea vaccinului său, care trebuie să fie menținut ultraînghețat – 70° Celsius, necesitând congelatoare speciale de depozitare și containere de transport.

„Are niște cerințe unice de depozitare”, spune Kurt Seetoo, managerul programului de imunizare la Departamentul de Sănătate Publică din Maryland din Baltimore. „În mod normal, nu depozităm vaccinurile la această temperatură, așa că este cu siguranță o provocare.”

Asta înseamnă că, deși vaccinul dezvoltat de Pfizer și partenerul său german BioNTech va fi probabil primul vaccin care ajunge la linia de sosire în Statele Unite, adoptarea sa poate fi în cele din urmă limitată. Comitetul FDA care supraveghează vaccinurile se va reuni pe 10 decembrie pentru a discuta cererea de utilizare de urgență. Această întâlnire va fi transmisă în direct pe site-ul agenției și pe canalele YouTube, Facebook și Twitter.

Companiile caută, de asemenea, autorizația de a distribui vaccinul în Australia, Canada, Europa, Japonia, Regatul Unit și în alte părți ale lumii, ceea ce face ca problema de înghețare să fie o provocare globală.

Un vaccin similar dezvoltat de Moderna și Institutul Național de Alergie și Boli Infecțioase din SUA necesită, de asemenea, congelare. Dar supraviețuiește la o temperatură mai balsamoasă –20° C, așa că poate fi păstrat într-un congelator standard și poate fi chiar păstrat la temperaturi de frigider până la o lună. Majoritatea vaccinurilor nu necesită deloc congelare, dar atât vaccinurile Pfizer, cât și Moderna sunt un nou tip de vaccin pentru care temperaturile scăzute sunt necesare pentru a împiedica vaccinurile să nu se defecteze și să devină inutile.

Ambele vaccinuri se bazează pe ARN mesager, sau ARNm, care conține instrucțiuni pentru construirea de copii ale proteinei spike a coronavirusului. Celulele umane citesc aceste instrucțiuni și produc copii ale proteinei, care, la rândul lor, stimulează sistemul imunitar să atace coronavirusul în cazul în care acesta va apela.

Așadar, de ce vaccinul lui Pfizer trebuie înghețat la temperaturi sub-Antarctica, iar cel al lui Moderna nu?

Răspunsul la această întrebare necesită unele speculații. Companiile nu vor dezvălui toate trucurile și secretele comerciale pe care le-au folosit pentru a produce vaccinurile, spune Sanjay Mishra, chimist de proteine ​​și cercetător de date la Centrul Medical al Universității Vanderbilt din Nashville.

Dar există cel puțin patru lucruri care pot determina cât de fragil este un vaccin ARNm și cât de adânc trebuie înghețat pentru a-l păstra proaspăt și eficient. Modul în care companiile au abordat aceste patru provocări este probabil cheia cât de reci trebuie să fie vaccinurile, spune Mishra.

Enigma cerinței de frig începe cu diferența de chimie dintre ARN și vărul său, ADN.

Unul dintre motivele pentru care ARN-ul este mult mai puțin stabil decât ADN-ul se datorează unei diferențe importante între zaharurile care formează coloana vertebrală a moleculelor. Coloana vertebrală a ARN este un zahăr numit riboză, în timp ce ADN-ul este dezoxiriboză. Diferența: ADN-ului îi lipsește o moleculă de oxigen. Drept urmare, „ADN-ul poate supraviețui generații”, spune Mishra, dar ARN-ul este mult mai tranzitoriu. „Și pentru biologie, acesta este un lucru bun.”

Când celulele au o treabă de făcut, de obicei trebuie să cheme proteinele în funcțiune. Dar, ca majoritatea producătorilor, celulele nu au un stoc de proteine. Ei trebuie să facă loturi noi de fiecare dată. Rețeta de preparare a proteinelor este stocată în ADN.

În loc să riscați să deteriorați rețetele ADN-ului punându-le pe blatul molecular din bucătărie în timp ce gătesc un lot de proteine, celulele fac în schimb copii ARN ale rețetei. Aceste copii sunt citite de mașinile celulare și folosite pentru a produce proteine.

Ca o Misiune imposibila mesaj care se autodistruge odată ce a fost jucat, multe ARN-uri sunt rapid degradate odată citite. Eliminarea rapidă a ARN este o modalitate de a controla cantitatea de proteină produsă. Există o serie de enzime dedicate distrugerii ARN-ului care plutesc în interiorul celulelor și aproape peste tot. Lipirea vaccinurilor pe bază de ARN în congelatorul de explozie împiedică astfel de enzime să rupă ARN-ul și să facă vaccinul inert.

Un alt mod în care stabilitatea moleculelor diferă constă în arhitectura lor. Șuvițele duble ale ADN-ului se împletesc într-un dublu helix grațios. Dar ARN-ul merge singur într-o singură fire care se împerechează cu el însuși în unele locuri, creând forme fantastice care amintesc de acadele, ace de păr și cercuri. Aceste „structuri secundare” pot face unele ARN-uri mai fragile decât altele.

Un alt loc în care diferențele chimice ale ADN-ului și ARN-ului îngreunează lucrurile pentru ARN este partea moleculelor care explică instrucțiunile și ingredientele rețetei. Subunitățile moleculelor care transportă informații sunt cunoscute sub numele de nucleotide. Nucleotidele ADN sunt adesea reprezentate prin literele A, T, C și G pentru adenină, timină, citozină și guanină. ARN-ul folosește aceleași A, C și G, dar în locul timinei are o literă diferită: uracil sau U.

„Uracilul este o problemă pentru că iese în afară”, spune Mishra. Cei care ies din Us sunt ca un steag care flutură către proteine ​​speciale ale sistemului imunitar numite receptori Toll-like. Acele proteine ​​ajută la detectarea ARN-urilor din viruși, cum ar fi SARS-CoV-2, coronavirusul care provoacă COVID-19, și îi așteaptă pe invadatori pentru distrugere.

Toate aceste moduri prin care ARNm-ul se poate destrama sau poate fi afectat de sistemul imunitar creează un curs de obstacole pentru producătorii de vaccinuri. Companiile trebuie să se asigure că ARN-ul rămâne intact suficient de mult pentru a intra în celule și a coace loturi de proteine ​​​​pic. Atât Moderna, cât și Pfizer probabil s-au chinuit cu chimia ARN pentru a face un vaccin care ar putea face treaba: ambele au raportat că vaccinurile lor sunt de aproximativ 95% eficiente în prevenirea bolilor în studiile clinice (SN: 16/11/2020; SN: 18/11/20).

Deși detaliile abordării fiecărei companii nu sunt cunoscute, amândoi probabil s-au jucat ușor cu literele chimice ale ARNm pentru a facilita citirea instrucțiunilor de către mașinile celulare umane. Companiile trebuie, de asemenea, să adauge ARN suplimentar – un capac și o coadă – care flanchează instrucțiunile proteinei spike pentru a face molecula stabilă și lizibilă în celulele umane. Această modificare poate să fi perturbat sau creat structuri secundare care ar putea afecta stabilitatea ARN, spune Mishra.

Problema uracilului poate fi rezolvată prin adăugarea unei versiuni modificate a nucleotidei, pe care receptorii de tip Toll o ignoră, ferind ARN-ul de un atac inițial al sistemului imunitar, astfel încât vaccinul să aibă șanse mai mari de a produce proteina care va construi apărarea imună împotriva virusul. Exact ce versiune modificată a uracilului pe care companiile le-ar fi introdus în vaccin ar putea afecta, de asemenea, stabilitatea ARN și, prin urmare, temperatura la care fiecare vaccin trebuie păstrat.

În cele din urmă, de la sine, o moleculă de ARN este sub observația unei celule, deoarece este prea mică, spune Mishra. Astfel, companiile acoperă ARNm cu o emulsie de lipide, creând mici bule cunoscute sub numele de nanoparticule lipidice. Aceste nanoparticule trebuie să fie suficient de mari încât celulele să le prindă, să le aducă înăuntru și să spargă particula pentru a elibera ARN-ul.

Unele tipuri de lipide rezistă la căldură mai bine decât altele. Este „ca uleiul obișnuit versus grăsime. Știți cum untura este solidă la temperatura camerei”, în timp ce uleiul este lichid, spune Mishra. Pentru nanoparticule, „din ce sunt făcute face o diferență uriașă în cât de stabile vor fi în general față de [maintain] lucrurile din interior.” Lipidele folosite de companii ar putea face o mare diferență în capacitatea vaccinului de a rezista căldurii.

Nevoia de depozitare ultrafrig ar putea limita în cele din urmă numărul de oameni care ajung să fie vaccinați cu vaccinul Pfizer. „Apreciem că acest vaccin Pfizer va fi folosit aproape doar în această fază incipientă”, spune Seetoo.

Primul val de imunizări este de așteptat să fie adresat lucrătorilor din domeniul sănătății și alți angajați esențiali, cum ar fi pompierii și poliția, precum și persoanelor care prezintă un risc ridicat de a se îmbolnăvi grav sau de a muri de COVID-19 în cazul în care îl contractează, cum ar fi persoanele în vârstă. locuind în unități de îngrijire medicală.

Pfizer le-a spus oficialilor din domeniul sănătății că vaccinul poate fi depozitat în containere speciale de transport maritim care sunt reîncărcate cu gheață carbonică timp de 15 zile și rămân la frigider încă cinci zile după dezghețare, spune Seetoo. Asta le oferă oficialilor din domeniul sănătății 20 de zile pentru a pune vaccinul în brațele oamenilor, odată ce este livrat. Dar vaccinul Moderna și o serie de altele care sunt încă în testare par să dureze mai mult la temperaturi mai calde. Dacă acele vaccinuri sunt la fel de eficiente ca cele ale lui Pfizer, ele pot fi candidați mai atractivi pe termen lung, deoarece nu au nevoie de o manipulare specială atât de extremă.