Unternehmen bemühen sich, Lieferungen für Hunderte Millionen Dosen eines Impfstofftyps zu erhalten, der noch nie in dieser Größenordnung hergestellt wurde.
Vor kaum einem Jahr hatten nur wenige Menschen außerhalb eines kleinen Netzwerks von Wissenschaftlern und Unternehmen von mRNA-Impfstoffen gehört. Heute setzen Millionen ihre Hoffnungen auf diese genetisch bedingten Impfungen, die im Kampf gegen COVID im Mittelpunkt standen. Einige Wissenschaftler sagen jedoch, dass ein Mangel an benötigten Materialien und Materialien für die Herstellung der Impfstoffe zu einem weit verbreiteten Mangel führen könnte.
Die ersten Dosen von mRNA-COVID-Impfstoffen kamen im Dezember in Krankenhäusern in den USA und mehreren anderen Ländern an. Eine übergeordnete Frage ist, wie schnell Unternehmen, die sie herstellen, die Produktion skalieren können, um die globale Nachfrage zu befriedigen. Dies ist das erste Mal, dass mRNA-Impfstoffe für die Verwendung außerhalb klinischer Studien zugelassen wurden. Sie wirken, indem sie die körpereigenen Zellen dazu bringen, ein virales Protein herzustellen, das Immunreaktionen gegen Infektionen auslöst. Die USA haben zwei COVID-Impfstoffen, die bisher von den Pharmaunternehmen Pfizer und BioNTech bzw. dem Biotechnologieunternehmen Moderna hergestellt wurden, eine Notfallgenehmigung erteilt. Beide basieren auf mRNA. Ein drittes Unternehmen namens CureVac mit Hauptsitz in Tübingen verfügt derzeit über einen mRNA-Impfstoff in späten klinischen Studien. Die Trump-Regierung hat Ende Dezember einen Vertrag mit Pfizer geschlossen, um den USA bis Ende Juli 100 Millionen zusätzliche Dosen zur Verfügung zu stellen. Dies führt zu dem doppelten Betrag, den die Regierung ursprünglich bestellt hatte. Zusammen mit seinem Partner BioNTech plant Pfizer, im nächsten Jahr weltweit 1,3 Milliarden Dosen zu produzieren und zu vertreiben. Und Moderna beabsichtigt, 500 Millionen bis eine Milliarde Dosen zu produzieren, von denen 200 Millionen bereits den USA zugewiesen wurden.
Das Erreichen dieser Ziele wird keine leichte Aufgabe sein. "Es gibt weltweit keine Einrichtungen, in denen mRNA in so großem Maßstab hergestellt wurde", sagt Maria Elena Bottazzi, Virologin am Baylor College of Medicine und am Texas Children’s Hospital in Houston. Pfizer und Moderna haben Versorgungsnetze aufgebaut, um von der klinischen Produktion zur Massenproduktion überzugehen. Für jeden Schritt im Herstellungsprozess sind jedoch Rohstoffe erforderlich, die vor COVID nur in den für die klinische Forschung erforderlichen Mengen hergestellt wurden - „keine nachhaltige Produktion von Milliarden von Dosen“, sagt Patrick Boyle, ein für Forschung und Entwicklung am Boston verantwortlicher Manager Ginkgo Bioworks, ein Unternehmen für synthetische Biologie.
Solche mRNA-Impfstoffe werden unter Verwendung viel schnellerer chemischer Prozesse hergestellt als herkömmliche Impfstoffe, die durch das Züchten geschwächter Viren in Hühnereiern hergestellt werden. Die Hersteller beginnen mit einer digitalen Sequenz genetischer Bausteine für das „Spike“-Protein des neuartigen Coronavirus, mit dem der Erreger in Zellen eindringt und diese infiziert. Roboter-Fließbänder transformieren diese Sequenz zuerst in eine DNA-Matrize und dann in die mRNA-Impfstoffsubstanz. Um die hochgradig instabile mRNA zu schützen, verpacken die Impfstoffhersteller sie in ein öliges Lipid-Nanopartikel, das auch die Aufnahme durch menschliche Zellen erleichtert. Inokulierte Zellen bilden dann die Virusspitze auf ihrer Oberfläche und zeigen sie an, so dass das Immunsystem später lernt, das Virus zu erkennen und abzuwehren.
Laut einem Bericht des US Government Accountability Office (GAO) vom November ist vieles, was zur Herstellung dieser Impfstoffe benötigt wird, Mangelware. In Interviews mit GOA-Mitarbeitern beschrieben die Mitarbeiter der Produktionsstätte die Herausforderungen bei der Beschaffung von Reagenzien und bestimmten Chemikalien sowie Glasfläschchen, Spritzen und anderer Hardware. Sie führten auch einen Mangel an „Fill and Finish“-Einrichtungen an, in denen Impfstoffdosen in sterile Behälter geladen werden, und einen Mangel an Arbeitern mit den Fachkenntnissen, die für die Durchführung von mRNA-Produktionsprozessen erforderlich sind. Solche Ressourcenknappheit könnte laut GAO zu Produktionsrückständen führen.
Boyle hebt Polymerasen hervor, eine Art Enzym, das DNA in mRNA umwandelt, und Inhaltsstoffe, die zur Herstellung von Lipidnanopartikeln verwendet werden, als einige der kritischsten Rohstoffe für die Impfstoffe. Er sagt auch, dass Hersteller einen besseren Zugang zu einer seltenen Substanz namens Vaccinia Capping Enzym (VCE) benötigen, die den Abbau der mRNA verhindert und ihr ein täuschend menschliches Aussehen verleiht, um zu verhindern, dass die Proteinherstellungsmaschinerie der Zellen sie abstößt. Das Team von Boyle hat berechnet, dass die Herstellung der 10 Pfund VCE, die zur Erzeugung von 100 Millionen mRNA-Impfstoffdosen benötigt werden, die begrenzte Kapazität von Bioreaktoren (Behälter zur Durchführung biochemischer Reaktionen) überfordern und die globale biopharmazeutische Lieferkette von jedermann kosten würde ein Scale-up-Problem im Frühherbst “, das sie inzwischen gelöst hat. "Wenn Sie in diesem Tempo laufen, müssen alle gleichzeitig skalieren", sagt Alcorn. „Wir brauchen mehr von unseren Lieferanten, und unsere Standorte müssen auch die Betriebsleistung optimieren.“Die New York Times hat berichtet, dass Pfizers neuer Vertrag mit der US-Regierung von einem besseren Zugang zu Spezialmaterialien abhängt, die vom Unternehmen nicht öffentlich bekannt gegeben wurden. Alcorn erklärt Scientific American jedoch, dass die „neuen und einzigartigen Komponenten, die für Lipidnanopartikel benötigt werden“, ein begrenzender Faktor sind. Moderna antwortete nicht auf Anfragen nach Kommentaren.
Ein Joker im erforderlichen Scale-up der Fertigung ist, wie lange der Schutz vor mRNA-Impfstoffen anhält. Laut Corey Casper, Vorstandsvorsitzender des Infectious Disease Research Institute in Seattle, hofften Experten, dass die Impfstoffe die Antikörperniveaus vier- bis zehnmal höher stimulieren würden als die durch natürliche Infektionen induzierten. "Das ist nicht passiert", sagt er. „Die mRNA-Impfstoffe funktionieren hervorragend: [ungefähr] 95 Prozent Schutz vor Krankheiten [in klinischen Studien]. Wenn die Antikörper jedoch schnell unter eine Schutzschwelle fallen, benötigen die Menschen möglicherweise einen Booster “, für den mehr Impfstoffe hergestellt werden müssten. Es ist möglich, dass ein breiteres Spektrum von Immunzellen, einschließlich T-Zellen, den mRNA-induzierten Schutz verlängert und aufrechterhält, aber dieses Szenario bleibt eine offene Frage.
Glücklicherweise sind mRNA-Impfstoffe nicht das einzige Spiel in der Stadt. Andere Unternehmen wie Johnson & Johnson und AstraZeneca nehmen COVID-Impfstoffe, die nach unterschiedlichen Ansätzen hergestellt wurden, in späten klinischen Studien ein. Und im Idealfall werden diese Bemühungen Millionen zusätzlicher Dosen beitragen - nicht nur für die reicheren Nationen, die bisher das kurzfristige Angebot gehortet haben, sondern auch für Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen. Die letztere Kategorie umfasst 67 Nationen, in denen laut einer Analyse der People's Vaccine Alliance, zu der Amnesty International und Oxfam International gehören, im nächsten Jahr nur einer von zehn Menschen geimpft werden kann. "Es wurde schon oft gesagt, aber wir brauchen mehrere Torschüsse", sagt Casper.
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