Sun Jun 20 2021

06 20

Elektronen bestrijden pathogenen

07/05/2021

Door Ad Spijkers

Onderzoekers van drie Fraunhofer-instituten hebben een efficiëntere, snellere en milieuvriendelijkere productie van vaccins ontwikkeld.


     

Vaccins moeten de samenleving helpen wapenen tegen COVID-19 en de weg terug naar een normaal leven effenen. Hoewel de focus momenteel duidelijk op het coronavirus ligt, zijn ook vaccins tegen andere ziekteverwekkers onmisbaar. De door een onderzoeksteam van drie Fraunhofer-instituten ontwikkelde methode maakt een efficiëntere, snellere en milieuvriendelijkere productie van vaccins mogelijk in vergelijking met conventionele productie.

Manieren om vaccins te produceren, zijn al tientallen jaren bekend. Maar met een nieuw proces voor de productie van geïnactiveerde 'dode vaccins' kunnen de medicijnen in de toekomst niet alleen sneller worden geproduceerd, maar ook milieuvriendelijker, efficiënter en goedkoper. Aan het onderzoek werd deelgenomen door onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI) uit Leipzig, het Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) te Dresden en het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart

Elektronen doden virussen

Tot nu toe is de productie van dode vaccins gebaseerd op chemicaliën. De ziekteverwekkers worden bestreden met giftige chemicaliën, vooral formaldehyde, totdat de genetische informatie van de virussen volledig is vernietigd en ze zich niet langer kunnen vermenigvuldigen. Men spreekt van inactivering.

Dit is echter op verschillende manieren problematisch. Enerzijds vernietigt de chemische stof ook enkele van de externe structuren die het immuunsysteem nodig heeft om de antilichamen te vormen. Bovendien zijn grote hoeveelheden van de giftige chemicaliën betrokken bij de productie van vaccins op industriële schaal, een uitdaging voor de arbeidsveiligheid en een belasting voor het milieu. En afhankelijk van het virus kan het weken, soms zelfs maanden duren voordat de virussen daadwerkelijk zijn 'gedood'.

In plaats van de virussen te inactiveren met giftige chemicaliën, bombarderen de wetenschappers van de drie Fraunhofer-instituten ze met elektronen. De buitenste schil van het virus blijft nagenoeg intact, er hoeven geen chemicaliën te worden afgevoerd en het hele proces duurt maar een paar seconden.

De elektronen kunnen vloeistoffen echter maar een paar keer binnendringen en niet meer dan 100 µm diep, waardoor ze steeds meer energie verliezen. Als virussen die in de vloeistof rondzwemmen betrouwbaar door de elektronen moeten worden gedood, mag de vloeistoffilm niet dikker zijn dan ongeveer 100 µm en de film moet ook gelijkmatig worden getransporteerd.

Technologie

Fraunhofer IPA ontwikkelde twee benaderingen om de uitdaging op te lossen. De zakmodule is geschikt voor zinvolle voorproeven, de rolmodule daarentegen scoort bij grotere hoeveelheden. Met deze opstellingen onderzochten de specialisten onder meer influenza-, Zika- en herpesvirussen en tal van bacteriën en parasieten. Deze werden behandeld met specifiek versnelde elektronen via een zak-en-rol-module. Ze konden alle klassen ziekteverwekkers succesvol en veilig deactiveren.

Het prototype is in 2018 voltooid, bij Fraunhofer IZI in gebruik genomen en verder ontwikkeld. In het daaropvolgende jaar vond het onderzoeksteam een licentiepartner in KyooBe Tech. In ongeveer vijf tot zeven jaar zouden de productiemodules ter grootte van een koelkast kunnen worden geïntegreerd in de farmaceutische productie en vaccins kunnen produceren.

Foto: Fraunhofer / Piotr Banczerowski