МТУ, исследователи Университета сохранить вирусные вакцины без холодильника

Бен Ящак/Michigan Tech

Разработка вакцин обходится дорого, а сам процесс идет медленно. Лаборатория Кэрин Хельдт исследует способы сделать производство вакцин более быстрым, дешевым, простым в масштабировании и способным к массовому распространению внутри страны и за рубежом. Используя водную экстракцию из двух фраз, Хелдт и его коллеги показывают, что взятие подсказки от приготовления салатной заправки может привести к правильному производству вакцины.

MTU, UMass researchers preserve viral vaccines without refrigeration0

Сара Аткинсон/Michigan Tech

Мичиганский Технологический институт и инженеры-химики UMass Amherst открыли способ стабилизации вирусов в вакцинах с помощью белков вместо температуры.

MTU, UMass researchers preserve viral vaccines without refrigeration1

Кэрин Хелдт и Сара Перри

Процесс комплексной коацервации сохраняет вирусы в растворах вакцин стабильными, плотно прижимая их друг к другу, уменьшая потребность в охлаждении.

Предыдущий Следующий

Newswise — когда-нибудь получали прививку, которая, казалось, сильно горела во время инъекции? Раствор вакцины, вероятно, содержал много соли или сахара — природных консервантов, которые помогают поддерживать его стабильность, в дополнение к холодной температуре, при которой он содержался.

Вирусы в вакцинах, которые обучают наши клетки распознавать и уничтожать вирусных захватчиков, должны храниться в холоде, чтобы они не распадались на части. Типичная температура доставки вакцин колеблется от 2 до 8 градусов Цельсия (от 35 до 47 градусов по Фаренгейту).

Вирусы остаются холодными по той же причине, по которой мы охлаждаем продукты питания. “Вы не возьмете бифштекс и не оставите его на прилавке в течение длительного времени, а затем съедите его”, — сказала Кэрин Хелдт, директор Института медицинских исследований Мичиганского технологического университета и профессор химической инженерии. – Стейк имеет те же проблемы со стабильностью-в нем есть белки, жиры и другие молекулы, которые, чтобы сохранить их стабильными, мы должны держать их холодными.”

Подобно белкам, вирусы разворачиваются, когда жарко или есть пространство для перемещения. Тепло дает вирусам энергию, чтобы они встряхнулись, а отсутствие тесноты дает им пространство для распада. Стабильные вакцины нуждаются в холоде или тесноте.

Но что делать, если холодильные камеры недоступны? А что, если кто-то случайно оставит пакет на прилавке? А что, если отключится электричество?

Хелдт вместе с Сарой Перри, профессором химического машиностроения Массачусетского университета в Амхерсте, разработал способ имитации окружающей среды организма в вакцинах с помощью процесса, называемого комплексной коацервацией. Вместо того чтобы полагаться на охлаждение, Перри и Хелдт используют другой метод поддержания стабильности вирусов — скученность.

Морозильный Лагерь

Чтобы вирусы в вакцинах оставались стабильными, все участники цепочки поставок, от производственных предприятий до судоходной компании и до кабинета врача, должны поддерживать холодную температуру. Эти совместные усилия, называется «холодовой цепи». Если вакцину держать выше этого температурного диапазона даже в течение часа, она может испортиться и стать непригодной для использования.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, до 50% вакцин ежегодно расходуется впустую из-за невозможности поддерживать холодовую цепь и идеальную температуру для хранения.

Человеческое тело-это многолюдное место. Клетки различной формы и размеров жокейской позиции. Сюда относятся вирусы, которые выполняют свою гнусную работу путем враждебного поглощения. Вирусы вторгаются в наши клетки, заставляя их размножаться. Неконтролируемые копии вирусов вылетают из клеток, как стрелы из воздушного шара. Затем все эти реплики идут и делают то же самое с другими клетками — и прежде чем вы это узнаете, вы больны.

Хельдт исследует технологии производства вакцин, и пандемия COVID-19 послужила мастер-классом. Но SARS-CoV-2 — не единственный вирус в мире-все еще существует потребность в других вакцинах и методах хранения, которые не зависят от охлаждения.

“Условия для вакцины, которые делают ее хорошей для инъекции в чей-то организм, почти противоположны тому, что делает вирус стабильным”, — сказал Хельдт. “Существует действительно трудный компромисс между сохранением стабильности вируса, чтобы получить хороший иммунный ответ, имея при этом правильные компоненты в вакцине, которые безопасны для инъекций.”

Вирусные Буррито

Хелдт и Перри используют полипептиды — синтетические белки, которые имеют положительные или отрицательные заряды. Когда эти заряженные пептиды помещают в раствор, они слипаются и образуют отдельную жидкую фазу, процесс, называемый комплексной коацервацией. Жидкость обволакивает вирусные капсиды, удерживая вирусный материал вместе, как тортилья буррито.

“Коацерватные материалы-это то, что мы действительно видим все время в нашей повседневной жизни”, — сказал Перри. — Многие шампуни подвергаются коацервации. Когда вы наносите шампунь на влажные волосы, вода, которая присутствует, разбавляет шампунь, заставляя его отделяться от фазы и облегчая удаление грязи и масла с ваших волос.”

Комплексная коацервация работает для неразвитых вирусов, которые не имеют липидного или жирового слоя вокруг себя. Неинвазивные вирусы включают полиомиелит, риновирус (который вызывает простуду) и гепатит А.

дальнейшие действия

Хелдт и Перри получили грант на исследования в области развития в размере 400 000 долларов США в марте 2020 года от Национального института здравоохранения (NIH), чтобы продолжить свои исследования до начала 2022 года, которые включают изучение способов снижения концентрации соли (используемой в вакцине для расщепления фазы коацервата при ее введении путем изменения пептидных последовательностей). Кроме того, инженеры — химики работают над способами применения комплексной коацервации к оболочковым вирусам, таким как SARS-CoV-2, которые требуют баланса герметичности и компартментализации в липидном слое таким образом, чтобы неразвитые вирусы этого не делали.

“Заглядывая вперед, мы хотим больше думать о конкретных материалах, которые мы используем в наших коацерватах”, — сказал Перри. “Теснота сама по себе не является универсальной стратегией для повышения устойчивости вируса. Нам нужно понять, как различные полимеры взаимодействуют с нашими вирусами и как мы можем использовать это для создания инструментария, который может быть применен к будущим вызовам.” 

Поскольку тако-бар хранения вакцин расширяется, исследования показывают, что природные белки улучшают наши вакцины и делают их более широко доступными по всему миру, охлажденными или нет.

“Самое замечательное в этих аминокислотах то, что они являются теми же строительными блоками, что и в нашем организме”, — сказал Хельдт. — Мы не будем добавлять к вакцинам ничего такого, что уже не считается безопасным.”

Решение проблемы холодного хранения обещает улучшить доступ к вакцинации против вирусов. Обход холодовой цепи с полипептидами и инновационным химическим инжинирингом позволяет улучшить здравоохранение и сократить количество неотложных медицинских ситуаций во всем мире.

СМ. ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Коронавирус-2