Τα εμβόλια της COVID-19 που κυκλοφορούν ή αναμένεται να κυκλοφορήσουν στο άμεσο μέλλον δεν χρησιμοποιούν όλα την ίδια τεχνολογία. Μία από τις συχνότερες πλατφόρμες ανάπτυξης εμβολίων, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για αρκετά από τα εμβόλια που κυκλοφορούν σήμερα για άλλες λοιμώξεις, είναι αυτή των εξασθενημένων ιών. Τα εμβόλια αυτά περιέχουν τον ιό για τον οποίο θέλουμε να αναπτύξουμε ανοσία, ο οποίος, ωστόσο, έχει αδρανοποιηθεί έτσι ώστε να μην μπορεί να προκαλέσει λοίμωξη. Το πλεονέκτημα της προσέγγισης αυτής είναι ότι καθώς το εμβόλιο περιέχει ολόκληρο τον ιό, αναπτύσσεται ανοσία για αρκετά από τα αντιγόνα του τελευταίου.

Τα 2 κινεζικά εμβόλια (Sinovac  και Sinopharm) χρησιμοποιούν την παραπάνω προσέγγιση. Η τεχνολογία αυτή είναι σχετικά παλαιά και έχει δοκιμαστεί με επιτυχία τόσο σε εμβόλια για τον άνθρωπο, όσο και σε κτηνιατρικά εμβόλια. Ο ίδιος μηχανισμός είχε χρησιμοποιηθεί και στο παρελθόν για την ανάπτυξη εμβολίων της γρίπης.

Μία άλλη πλατφόρμα ανάπτυξης εμβολίων περιλαμβάνει τη χρησιμοποίηση ενός ιού-φορέα. Η προσέγγιση αυτή χρησιμοποιείται στο εμβόλιο της Οξφόρδης/AstraZeneca, καθώς και στο ρωσικό εμβόλιο Sputnik V. Τα εμβόλια αυτά πρακτικά περιέχουν ένα τροποποιημένο ιό του κοινού κρυολογήματος (συνήθως αδενοϊό), ο οποίος έχει την ικανότητα να μολύνει ένα κύτταρο, αλλά δεν μπορεί να πολλαπλασιαστεί.

Ο ιός αυτός μεταφέρει τη γενετική πληροφορία για την παραγωγή μίας πρωτεΐνης ενδιαφέροντος, όπως για παράδειγμα η πρωτεΐνη ακίδα του SARS-CoV-2. Η πληροφορία αυτή έχει ενσωματωθεί στο DNA του ιού-φορέα. Ο τελευταίος αποτελεί επομένως ένα μέσο το οποίο χρησιμοποιείται για τη μεταφορά της γενετικής πληροφορίας για την παραγωγή της πρωτεΐνης ακίδας.

Μετά τη χορήγηση του εμβολίου, οι αδενοϊοί που περιέχει μολύνουν κύτταρα και μεταφέρουν τη γενετική πληροφορία για την πρωτεΐνη ακίδα. Ακολούθως τα κύτταρα του ανθρώπου «διαβάζουν» αυτή τη γενετική πληροφορία και ξεκινούν την παραγωγή της πρωτεΐνης ακίδας. Η παρουσίαση της πρωτεΐνης ακίδας στην εξωτερική επιφάνεια των κυττάρων αυτών εκκινεί την ανοσιακή απόκριση του οργανισμού. Επιπλέον, καθώς ο οργανισμός έχει ήδη αναγνωρίσει την παρουσία ενός ιού (δηλαδή του αδενοϊού που περιέχει το εμβόλιο) η ανοσιακή απόκριση στοχεύει τόσο τον ιό αυτό όσο και την πρωτεΐνη ακίδα.

Η τελευταία προσέγγιση για την ανάπτυξη εμβολίων είναι αυτή της τεχνολογίας του mRNA, η οποία χρησιμοποιείται από τα εμβόλια της Pfizer/BioNTech και της Moderna. Τα εμβόλια αυτά περιέχουν μία αλληλουχία mRNA η οποία περικλείεται σε ένα λιπιδικό περίβλημα το οποίο της επιτρέπει να φτάσει στα κύτταρα του ανθρώπου χωρίς να καταστραφεί. Χωρίς το περίβλημα αυτό, το mRNA θα καταστραφεί άμεσα μετά την είσοδό του στον οργανισμό. Μόλις το mRNA εισέλθει στα κύτταρα, αρχίσει η παραγωγή της πρωτεΐνης ακίδας από τα τελευταία, εκκινώντας έτσι την ανοσιακή απόκριση για την πρωτεΐνη αυτή.

Πώς Κατασκευάζονται τα Παραπάνω Εμβόλια;

Ο τρόπος που παράγεται το κάθε εμβόλιο εξαρτάται από το μηχανισμό που χρησιμοποιεί. Για παράδειγμα, στα εμβόλια με ιό-φορέα, ξεκινάμε αρχικά προσθέτοντας την αλληλουχία για την παραγωγή της πρωτεΐνης ακίδας στο γονιδίωμα του ιού. Ακολούθως, καλλιεργούμε τον ιό αυτό στο εργαστήριο. Αν και ο ιός έχει τροποποιηθεί έτσι ώστε να μην μπορεί να πολλαπλασιαστεί στα κύτταρα του ανθρώπου, στο εργαστήριο είναι δυνατό να αναπαραχθεί σε ειδικά σχεδιασμένες καλλιέργειες κυττάρων.

Ο πολλαπλασιασμός του ιού συνεχίζεται για μερικές ημέρες, μέχρι η καλλιέργεια να φτάσει από 4 μέχρι 20-30 λίτρα. Η παραγωγή μεγάλης κλίμακας γίνεται συνήθως σε ατσάλινες δεξαμενές, οι οποίες διασφαλίζουν ότι ο ιός έχει το ιδανικό περιβάλλον που χρειάζεται προκειμένου να πολλαπλασιαστεί. Για το σκοπό αυτό, η παρασκευάστρια εταιρία παρακολουθεί προσεκτικά μία σειρά παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, τα επίπεδα του οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και η οξύτητα στο εσωτερικό της δεξαμενής.

Ακολούθως, μόλις παραχθούν επαρκή σωματίδια του ιού, ξεκινά το επόμενο στάδιο της παραγωγής το οποίο περιλαμβάνει το διαχωρισμό των σωματιδίων του ιού από τις θρεπτικές ουσίες που περιέχει το διάλυμα της καλλιέργειας.

Η διαδικασία αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική και πρέπει να γίνει με μεγάλη ακρίβεια. Περιλαμβάνει αρκετούς κύκλους φιλτραρίσματος και χρωματογραφίας. Στο τέλος αυτού του σταδίου έχουμε πλέον ένα αποστειρωμένο προϊόν που περιέχει μόνο τα σωματίδια του ιού.

Από τα παραπάνω βήματα, καταλαβαίνουμε ότι ο πολλαπλασιασμός του ιού στις δεξαμενές μπορεί να γίνει σχετικά γρήγορα. Το χρονοβόρο κομμάτι είναι ο διαχωρισμός των σωματιδίων του ιού από τα υπόλοιπα συστατικά της καλλιέργειας, κάτι που θα πρέπει να γίνει με μεγάλη ακρίβεια. Το εμβόλιο μπορεί να φύγει από το εργοστάσιο παραγωγής μόνο όταν διασφαλιστεί ότι έχει την ακριβή σύσταση που απαιτείται.

Στα εμβόλια με εξασθενημένους ιούς, η διαδικασία παραγωγής είναι παρόμοια. Κι εδώ έχουμε δεξαμενές στις οποίες επάγεται ο πολλαπλασιασμός των ιών. Το δύσκολο κομμάτι στην παραγωγή των παραπάνω εμβολίων είναι η αδρανοποίηση των ιών, χωρίς ωστόσο να επηρεάζεται η δομή τους. Μόλις επιβεβαιωθεί ότι οι ιοί έχουν αδρανοποιηθεί μπορεί να αρχίσει η χορήγησή τους με τα εμβόλια.

Πώς Διαφέρει η Παραγωγή των mRNA Εμβολίων;

Η παραγωγή των εμβολίων mRNA περιλαμβάνει μία εντελώς διαφορετική προσέγγιση. Καθώς τα εμβόλια αυτά δεν περιέχουν κύτταρα, δεν χρειάζονται δεξαμενές για τον πολλαπλασιασμό ιών. Για την παρασκευή των παραπάνω εμβολίων χρησιμοποιούνται ειδικά μηχανήματα τα οποία προσθέτουν ένα προς ένα τα νουκλεοτίδια μέχρι να δημιουργηθεί η αλληλουχία του mRNA για την παραγωγή της πρωτεΐνης ακίδας.

Ακολούθως, οι αλληλουχίες αυτές αναμειγνύονται με τα λιπιδικά νανοσωματίδια σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον έτσι ώστε να διασφαλιστεί ότι κάθε νανοσωματίδιο θα περιέχει 1 αλληλουχία mRNA.

Προφανώς και εδώ, οι παρασκευάστριες εταιρίες θα πρέπει να αποδείξουν ότι το εμβόλιο έχει φτάσει στο επιθυμητό στάδιο πριν διατεθεί για κυκλοφορία στον πληθυσμό.