Recette de vaccin

Les fabricants mondiaux affinent leurs stratégies | Conception de la machine

Éditeurs Remarque: au cours de cette semaine, Machine Design partagera une série d’articles traitant du développement et de la distribution du vaccin COVID-19et les obstacles surmontés en cours de route. Assurez-vous de consulter les autres versements ci-dessous:


Le système de santé américain, avec l’aide du reste du gouvernement également, est maintenant en train de vacciner tout le monde aux États-Unis contre le virus COVID-19, qui nécessite deux injections de vaccin administrées à environ trois semaines d’intervalle. Cela signifie fabriquer, administrer et injecter plus de 660 millions de doses.

Pfizer et Moderna ont tous deux développé des vaccins, mais les livrer au réseau d’avions et de camions – et peut-être même de drones – qui les mènera là où ils peuvent être déployés et utilisés présente des défis d’ingénierie.

Différences de vaccin

Les vaccins Moderna et Pfizer sont les deux premiers de ce type à être approuvés pour utilisation. Jusqu’à présent, les vaccins contenaient des formes mortes et affaiblies du virus incriminé, ses toxines ou ses protéines de surface. Ils relancent le système immunitaire du patient pour qu’il commence à produire des anticorps conçus sur mesure pour attaquer et tuer ces agents, et ainsi empêcher le patient de devenir dangereusement infecté à l’avenir. Ces vaccins peuvent également aider les patients à combattre les maladies virales et à les empêcher de tomber malades en premier lieu.

Les deux nouveaux vaccins COVID utilisent de l’acide ribonucléique messager (ARNm). Ce type d’ARN est utilisé pour transmettre des instructions sur la façon de recréer des protéines de l’ADN protégé à l’intérieur du noyau de la cellule vers les zones de la cellule, le cytoplasme, où la protéine sera fabriquée. Une fois que l’ARNm fait son travail, il se dégrade rapidement.

Pour le vaccin, l’ARNm contient des instructions pour créer des copies de la protéine de pointe du coronavirus, et non du virus entier. Les cellules humaines lisent ces instructions et produisent des copies de la protéine qui, à leur tour, amènent le système immunitaire à fabriquer des anticorps qui attaquent le coronavirus s’il venait à être appelé. Et comme les vaccins ne contiennent aucune partie du virus, juste des instructions (gènes) pour faire le pic, les patients ne peuvent théoriquement pas être infectés par la vaccination. L’ARNm n’entre jamais non plus dans le noyau d’une cellule, il ne peut donc pas endommager l’ADN du patient.

Les vaccins à ARNm peuvent également être fabriqués plus rapidement et moins cher que les vaccins traditionnels, car il n’est pas nécessaire d’utiliser des levures ou des bactéries pour fabriquer et purifier le gène du pic COVID. Le développement de la formule des vaccins à ARNm est également plus simple; les chercheurs ont juste besoin de la séquence génétique du pathogène pour commencer à fabriquer puis à tester le vaccin. Par exemple, Moderna a reçu un flacon de virus COVID-19 de Chine en janvier 2020, et ils ont séquencé ses gènes en une journée seulement. Ainsi, en deux jours, l’entreprise avait tout ce dont elle avait besoin pour concevoir et concevoir le vaccin.

Dans le vaccin, l’ARNm est recouvert d’une enveloppe lipidique protectrice qui empêche l’ARNm de se décomposer naturellement jusqu’à ce qu’il pénètre dans les cellules pour livrer sa cargaison. Ensuite, la réponse immunitaire commence.

C’est là que le vaccin Moderna a un avantage. La société a déjà développé 10 candidats vaccins à base d’ARNm et a plus d’expérience dans la personnalisation de la coque lipidique afin de préserver au mieux les fragments d’ARNm. Cela signifie qu’il peut être stocké en toute sécurité jusqu’à six mois et expédié à -20 ° C (-4 ° F) sans dégrader l’ARNm. Il reste également stable jusqu’à 30 jours s’il est maintenu entre 36 ° et 46 ° F, la température des réfrigérateurs domestiques ou médicaux standard.

Ce degré de réfrigération (-4 ° F) est courant dans la «chaîne du froid» d’aujourd’hui, le réseau logistique mondial de véhicules et d’entrepôts utilisés pour transporter et distribuer des médicaments et d’autres produits de santé ainsi que des aliments.

Le vaccin Pfizer, cependant, a une enveloppe lipidique protectrice différente et probablement une formule différente pour son ARNm; il doit être maintenu à −94 ° F (−70 ° C), au-delà de ce que l’infrastructure de la chaîne du froid gère habituellement. Heureusement, la neige carbonique, avec une température de surface d’environ −110 ° F (-79 ° C), peut être utilisée pour emballer les flacons de vaccin et le maintenir suffisamment froid.

Et les deux vaccins nécessitent que les patients reçoivent deux doses à environ trois semaines d’intervalle pour obtenir le plein effet immunisant.


ARNm et températures froides

Il existe au moins trois facteurs soupçonnés de déterminer la robustesse du vaccin à ARNm et la quantité de réfrigération dont il a besoin pour rester actif et efficace. La manière dont les firmes pharmaceutiques abordent ces facteurs, qu’elles sont peu susceptibles de révéler, détermine alors la température à laquelle les vaccins doivent être conservés.

Différences ADN et ARN: L’ADN a un squelette moléculaire de désoxyribose un sucre; Le squelette de l’ARN est composé de ribose, un sucre avec une molécule d’oxygène de plus que le désoxyribose, ce qui le rend beaucoup moins stable que l’ADN. En conséquence, l’ADN peut survivre pendant des générations tandis que l’ARN est de courte durée et transitoire.

Les tueurs d’ARN: Une fois que l’ARNm accomplit sa tâche, transportant les instructions génétiques d’une protéine de l’ADN à l’endroit où elle est nécessaire dans la cellule, un groupe d’enzymes dans la cellule et les tissus décomposent l’ARN relativement rapidement. Cela aide à contrôler la quantité d’une protéine particulière produite. Garder l’ARN froid ralentit le métabolisme de la cellule et empêche les enzymes de le décomposer.

Structure de l’ARN: L’ADN a une structure de squelette robuste composée de deux ADN tissés en une double hélice. NRNA est un seul brin errant qui se connecte parfois à lui-même et forme des formes étranges ou des structures secondaires. Ces structures rendent certaines formes d’ARN plus fragiles que d’autres.

Emballage thermique

Pour garder ses vaccins froids et viables pendant l’expédition et le stockage à court terme, Pfizer a développé un expéditeur thermique, ou «glacière». C’est à peu près la taille d’une valise à main. Ces boîtes peuvent maintenir le vaccin viable à -94 ° F ± 14 ° F (-70 ° C ± 10 ° C) pendant de longues périodes en utilisant de la glace sèche. On dit que les boîtes maintiennent cette température pendant 10 jours sans être ouvertes, ce qui permet aux compagnies aériennes et aux camionneurs de les distribuer dans le monde entier. Une fois ouvertes, les travailleurs de la santé peuvent utiliser les boîtes comme stockage temporaire jusqu’à 30 jours si elles sont remplies de neige carbonique tous les cinq jours.

Si les boîtes contiennent réellement de la glace sèche, elles devront être ventilées pour arrêter une accumulation de gaz CO2 car la glace sèche se sublime directement en gaz. Il peut accumuler de la pression et rompre l’emballage s’il n’est pas libéré. La glace chimique est également un danger pour les travailleurs qui la chargent et la déchargent, car elle peut provoquer une suffocation si l’accumulation de gaz CO2 se trouve dans un espace clos et non ventilé.

Chaque glacière contient un capteur GPS qui suit en permanence son emplacement et sa température. Une fois les flacons de vaccin décongelés, ils peuvent être conservés en toute sécurité jusqu’à cinq jours entre 35 ° F et 46 ° F).

Les glacières Pfizer auront également besoin de batteries capables de survivre aux températures glaciales. Une entreprise, Tadiran, fabrique des batteries au lithium spécialement modifiées (chlorure de lithium thionyle, LiSOCl2) pour une utilisation dans la chaîne du froid pour des températures allant jusqu’à -112 ° F. Ces batteries de type bobine peuvent être utilisées dans des capteurs sans fil pour surveiller en permanence le transport d’aliments, de médicaments, de vaccins et d’échantillons de tissus congelés ou emballés dans de la glace sèche.

Ils comportent un électrolyte non aqueux adapté aux températures arctiques et génèrent 3,6 V. Ils ont deux fois la densité d’énergie des autres chimies de batterie au lithium et ont une durée de vie de plus de 20 ans. Les batteries ont un joint hermétique verre-métal plutôt que le joint en élastomère serti plus commun car le joint empêche mieux les fuites de batterie.

Les batteries au lithium Tadiran à chaîne du froid certifiées et reconnues UL sont disponibles en cellules cylindriques 1 / 2AA, 2 / 3AA, AA, C, D et DD; cellules de plaquette; et packs de batteries personnalisés. En outre, Tadiran fabrique une gamme complète de batteries LiSOCl2 de 40 ans, comprenant des batteries cylindriques, de la taille d’une pièce et des batteries.

Logistique

Sur la base des projections, Pfizer, en collaboration avec BioNTech, aurait pu fournir jusqu’à 50 millions de doses de vaccin en 2020 et enverra plus de 1,3 milliard de doses d’ici la fin de 2021 (sous réserve de la capacité de fabrication et de l’approbation ou de l’autorisation réglementaire).

Pfizer utilise cinq de ses installations pour fabriquer les vaccins: elles sont situées à St Louis; Andover, messe; Kalamazoo, Michigan; Pleasant Prairie, Wisc .; et Puurs, Belgique.

Le gouvernement fédéral a annoncé la semaine dernière qu’il avait signé un contrat pour 100 millions de doses de vaccin Moderna pour 1,5 milliard de dollars et il est dit qu’il en contractera pour 100 millions de plus. milliard. Moderna facture de 32 $ à 37 $ par dose pour certains clients dont les achats de plus gros volumes se qualifient pour des prix plus bas.

Il semble que la partie la plus difficile du défi ne soit pas nécessairement celle qui dépend de l’ingénierie: injecter ces millions de doses à des personnes à travers les États-Unis et dans le monde, puis s’assurer qu’elles reçoivent deux doses. Le problème est aggravé par les personnes qui refusent de se faire vacciner ou de faire vacciner leurs enfants. Cela pourrait nuire à l’immunité du troupeau.


Pour plus d’informations

● La première vague de distribution de vaccins.

● Informations générales sur le réseau de distribution de la chaîne du froid.

● Le président de la National Academy of Engineering discute de la manière dont les ingénieurs réagissent à la crise COVID.

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