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Hai mai ricevuto una vaccinazione che sembrava bruciare molto mentre veniva iniettata? La soluzione del vaccino conteneva probabilmente molto sale o zucchero; conservanti naturali che aiutano a mantenerlo stabile, oltre al freddo a cui è stato conservato.
I virus nei vaccini, che addestrano le nostre cellule a identificare e sconfiggere gli invasori virali, devono essere mantenuti freddi per evitare che esplodano. La temperatura di spedizione tipica per i vaccini varia da 2 a 8 gradi Celsius (da 35 a 47 gradi Fahrenheit).
I virus vengono mantenuti freddi per lo stesso motivo per cui refrigeriamo gli alimenti.
“Non prenderesti una bistecca e la lasceresti sul bancone per un certo periodo di tempo per poi mangiarla. Una bistecca ha gli stessi problemi di stabilità: ha proteine, grassi e altre molecole che, per mantenerli stabili, dobbiamo mantenere freddi “, dice Caryn Heldt, Professore di ingegneria chimica, Direttore dell’Health Research Institute, Michigan Technological University.
Come le proteine, i virus si sviluppano quando fa caldo o c’è spazio per muoversi. I vaccini stabili hanno bisogno di freddo o di affollamento. Ma cosa succede se la cella frigorifera non è disponibile? E se qualcuno lascia accidentalmente il pacco di vaccini sul bancone? E se l’alimentazione del frigo si interrompe?
Heldt, insieme a Sarah Perry, Professore di ingegneria chimica presso l’Università del Massachusetts Amherst, ha sviluppato un modo per imitare l’ambiente del corpo nei vaccini utilizzando un processo chiamato coacervazione complessa. Piuttosto che fare affidamento sulla refrigerazione, Perry e Heldt utilizzano l’altro metodo per mantenere stabili i virus: l’affollamento.
Campo congelatore
Per mantenere stabili i virus nei vaccini, tutti lungo la catena di approvvigionamento, dallo stabilimento di produzione alla compagnia di spedizioni allo studio medico, devono essere conservati a temperatura fredda. Questo sforzo cooperativo è noto come catena del freddo. Se un vaccino viene mantenuto al di sopra di tale intervallo di temperatura anche per un’ora, può rovinarsi e diventare inutilizzabile.
L’Organizzazione Mondiale della Sanità stima che fino al 50% dei vaccini vengono sprecati ogni anno perché la catena del freddo e la temperatura ideale per la conservazione non possono essere mantenute.
Il corpo umano è un luogo affollato. I virus invadono le nostre cellule, obbligandole a replicarsi. Deselezionate, le copie dei virus esplodono dalle cellule come dardi attraverso un palloncino. Quindi tutte quelle repliche vanno e fanno lo stesso con le altre cellule e prima che tu lo sappia, sei malato.
Heldt ricerca le tecniche di produzione dei vaccini e la pandemia COVID-19 è servita da masterclass. Ma SARS-CoV-2 non è l’unico virus al mondo, c’è ancora bisogno di altri vaccini e metodi di conservazione che non si basano sulla refrigerazione.
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“Le condizioni per un vaccino che lo rendono buono da iniettare nel corpo di qualcuno sono quasi l’opposto di ciò che rende stabile un virus“, ha detto Heldt. “C’è un compromesso davvero difficile nel mantenere il virus stabile per ottenere una buona risposta immunitaria, pur avendo i componenti giusti nel vaccino“.
Heldt e Perry usano polipeptidi -proteine sintetiche -che hanno cariche positive o negative. Quando questi peptidi caricati vengono messi in soluzione, si uniscono e formano una fase liquida separata, un processo chiamato coacervazione complessa. Il liquido avvolge i capsidi virali, tenendo insieme il materiale virale.
“I materiali di coacervazione sono qualcosa che in realtà vediamo tutto il tempo nella nostra vita quotidiana”, ha detto Perry. “Molti shampoo subiscono la coacervazione. Quando si applica lo shampoo sui capelli bagnati, l’acqua presente diluisce lo shampoo, facendolo separare e facilitando la rimozione di sporco e sebo dai capelli”.
La coacervazione complessa funziona per i virus non avvolti, che non hanno strati lipidici o grassi intorno a loro. I virus senza involucro includono la poliomielite, il rinovirus (che causa il comune raffreddore) e l’epatite A.
Prossimi passi
Heldt e Perry hanno ricevuto una borsa di ricerca di 400.000 dollari nel marzo 2020 dal National Institutes of Health (NIH) per continuare la loro ricerca fino all’inizio del 2022, che include l’esplorazione di modi per ridurre le concentrazioni di sale (utilizzato nel vaccino per rompere la fase di coacervazione quando viene iniettato alterando le sequenze peptidiche).
Inoltre, gli ingegneri chimici stanno lavorando su modi per applicare una coacervazione complessa ai virus avvolti come SARS-CoV-2 che richiedono un equilibrio di tenuta e compartimentazione nello strato lipidico in un modo che i virus senza involucro non richiedono.
“Guardando al futuro, vogliamo pensare di più ai materiali specifici che utilizziamo nei nostri coacervati”, ha detto Perry. “L’affollamento da solo non è una strategia universale per migliorare la stabilità dei virus. Dobbiamo capire come i diversi polimeri interagiscono con i nostri virus e come possiamo usarli per creare una cassetta degli attrezzi che può essere applicata alle sfide future”.
Man mano che la barra di conservazione dei vaccini si espande, la ricerca mostra che le proteine presenti in natura migliorano i nostri vaccini e li rendono più ampiamente accessibili in tutto il mondo, refrigerati o meno.
“La cosa grandiosa di questi amminoacidi è che sono gli stessi elementi costitutivi del nostro corpo”, ha detto Heldt. “Non stiamo aggiungendo nulla ai vaccini che non siano già noti per essere sicuri”.
Risolvere l’enigma della cella frigorifera promette di migliorare l’accesso alle vaccinazioni contro i virus. Bypassare la catena del freddo con polipeptidi e ingegneria chimica innovativa significa migliorare l’assistenza sanitaria e ridurre le emergenze mediche in tutto il mondo.
